JP2007305972A - Method of setting exposure conditions and method of manufacturing semiconductor device - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、光リソグラフィ技術に係わり、特にマスクパターンや光源のパラメータを最適化するための露光条件の設定方法、及びこれを用いた半導体デバイスの製造方法に関する。 The present invention relates to an optical lithography technique, and more particularly to a method for setting exposure conditions for optimizing parameters of a mask pattern and a light source, and a method for manufacturing a semiconductor device using the same.
近年、照明条件とマスク寸法条件の両方を同時に最適化することにより、微細パターンを高い寸法精度で形成する技術が提案されている（例えば、特許文献１参照）。 In recent years, a technique for forming a fine pattern with high dimensional accuracy by simultaneously optimizing both illumination conditions and mask dimension conditions has been proposed (see, for example, Patent Document 1).
また、液浸露光技術を用いた微細なパターンの形成技術が開発されている。この液浸技術を用いれば、投影レンズのＮＡを１以上にできることから、例えば波長１９３ｎｍのＡｒＦエキシマレーザ光を露光光とする露光装置を用いてハーフピッチが５０ｎｍ以下の周期パターンを形成することが可能である（例えば、特許文献２参照）。 In addition, a technique for forming a fine pattern using an immersion exposure technique has been developed. If this immersion technique is used, the NA of the projection lens can be increased to 1 or more. For example, a periodic pattern having a half pitch of 50 nm or less can be formed using an exposure apparatus that uses ArF excimer laser light having a wavelength of 193 nm as exposure light. It is possible (see, for example, Patent Document 2).
ところが、パターンが微細化するに伴いマスク寸法誤差、特に１枚のマスク内の寸法ばらつきの影響が大きくなる傾向にある。マスク寸法誤差当たりの基板上のレジスト寸法のばらつき、つまり一般にはマスク誤差感度因子（ＭＥＦ）と呼ばれる値が大きくなると、半導体１チップ内の寸法ばらつきが増大してしまう。そして、この誤差は露光量の調節では低減できないため、半導体デバイスの歩留まりの低下を招くことになる（例えば、特許文献３参照）。
このように、パターンの微細化に伴い、１枚のマスク内の寸法ばらつきの影響が大きくなる傾向にあり、この誤差は露光量の調節では低減できないために、半導体デバイスの歩留まり低下を避けられない。これを防止するにはマスクの寸法精度を十分に高くすればよいが、マスク製造過程の寸法精度向上にも限度がある。 As described above, with the miniaturization of the pattern, the influence of the dimensional variation in one mask tends to increase, and this error cannot be reduced by adjusting the exposure amount, and therefore the yield of semiconductor devices cannot be avoided. . In order to prevent this, the dimensional accuracy of the mask may be made sufficiently high, but there is a limit to improving the dimensional accuracy in the mask manufacturing process.
本発明は、上記事情を考慮してなされたもので、その目的とするところは、フォトマスクのパターンや光源等のパラメータの最適設定により、照明とマスクパターンを調節してマスク寸法誤差の影響が出にくい露光条件で露光することができ、これによって露光精度の向上に寄与し得る露光条件設定方法を提供することにある。 The present invention has been made in consideration of the above circumstances, and the object of the present invention is to adjust the illumination and mask pattern by the optimum setting of parameters such as a photomask pattern and a light source, and to influence the mask dimension error. It is an object of the present invention to provide an exposure condition setting method that allows exposure under difficult exposure conditions, thereby contributing to improvement in exposure accuracy.
また、本発明の他の目的は、上記の方法により設定されたマスクパターン及び照明を用いて露光を行うことにより、半導体デバイスの製造歩留まり向上をはかり得る半導体デバイスの製造方法を提供することにある。 Another object of the present invention is to provide a semiconductor device manufacturing method capable of improving the manufacturing yield of semiconductor devices by performing exposure using the mask pattern and illumination set by the above method. .
上記課題を解決するために本発明は、次のような構成を採用している。 In order to solve the above problems, the present invention adopts the following configuration.
即ち、本発明の一態様は、有効光源から発した光を露光用マスクに形成されたマスクパターンに照射し、マスクから発した回折光を投影レンズを介して基板上に投影露光する際に、露光条件を最適設定するための露光条件設定方法であって、前記基板上に形成しようとする光学像又はレジストパターンの特性を代表する像評価量であって、マスクパターン寸法誤差の像特性への影響を表す因子を含ませた像評価量を定義する第１のステップと、前記有効光源の初期条件と前記マスクパターンの初期条件を定める第２のステップと、前記有効光源の形状特徴を表現するパラメータ及び前記マスクパターンの形状特徴を表現するパラメータの少なくとも一つを定義する第３のステップと、前記パラメータの少なくとも一つを変化させて前記像評価量を計算し、該計算結果に基づいて最適なパラメータを決定する第４のステップと、を含むことを特徴とする。 That is, according to one aspect of the present invention, when light emitted from an effective light source is irradiated onto a mask pattern formed on an exposure mask and diffracted light emitted from the mask is projected and exposed onto a substrate through a projection lens, An exposure condition setting method for optimally setting an exposure condition, which is an image evaluation amount representative of characteristics of an optical image or a resist pattern to be formed on the substrate, wherein mask pattern dimension error A first step of defining an image evaluation amount including a factor representing an influence; a second step of defining an initial condition of the effective light source and an initial condition of the mask pattern; and expressing a shape characteristic of the effective light source. A third step of defining at least one of a parameter and a parameter expressing a shape feature of the mask pattern; and changing the at least one of the parameter to evaluate the image Was calculated, characterized in that it comprises a fourth step of determining the optimum parameters based on the calculation result.
また、本発明の別の態様は、半導体デバイスの製造方法であって、上記の露光条件設定方法によって設定されたマスクパターン及び照明を用いて露光を行う工程を含むことを特徴とする。 Another aspect of the present invention is a method for manufacturing a semiconductor device, which includes a step of performing exposure using a mask pattern and illumination set by the exposure condition setting method.
本発明によれば、マスクパターンにおける光の回折を数値計算に基づいて求める際に、基板上に形成しようとする光学像又はレジストパターンの特性を代表する像評価量に、マスクパターン寸法誤差の像特性への影響を表す因子を含ませることにより、フォトマスクのパターンや光源等のパラメータを最適に設定することができる。このため、照明とマスクパターンを調節してマスク寸法誤差の影響が出にくい露光条件で露光することができ、露光精度の向上をはかることが可能となる。 According to the present invention, when determining the light diffraction in the mask pattern based on numerical calculation, the image evaluation amount representing the characteristics of the optical image or resist pattern to be formed on the substrate is included in the image of the mask pattern dimension error. By including a factor representing the influence on the characteristics, parameters such as a photomask pattern and a light source can be optimally set. For this reason, the exposure and the mask pattern can be adjusted, and exposure can be performed under the exposure conditions that are not easily affected by the mask dimension error, and the exposure accuracy can be improved.
以下、本発明の詳細を図示の実施形態によって説明する。 The details of the present invention will be described below with reference to the illustrated embodiments.
（第１の実施形態）
図１は、本発明の第１の実施形態に係わる露光条件設定方法を説明するためのフローチャートである。
(First embodiment)
FIG. 1 is a flowchart for explaining an exposure condition setting method according to the first embodiment of the present invention.
本実施形態では、露光条件として、マスクパターン及び照明の各パラメータを最適に設定する。なお、以下では、フォトマスクにＡｒＦエキシマレーザ等の光源からの光を照射し、フォトマスクのパターンを投影レンズによりウェハ等の基板上に転写する一般的な光露光方法に適用した例で説明するが、液浸露光法にも同様に適用することができる。 In the present embodiment, the mask pattern and illumination parameters are optimally set as exposure conditions. In the following, an example will be described in which the photomask is applied to a general light exposure method in which light from a light source such as an ArF excimer laser is irradiated and the pattern of the photomask is transferred onto a substrate such as a wafer by a projection lens. However, it can be similarly applied to the immersion exposure method.
まず、第１のステップＳ１として、形成したい像形状（光学像）の特性を代表する像特性評価量及び光学像が満足すべき制限条件を設定する。 First, as a first step S1, an image characteristic evaluation amount that represents characteristics of an image shape (optical image) to be formed and a limiting condition that the optical image should satisfy are set.
最適化の指標である像特性評価量として必要な露光量余裕度ＥＬと、マスクの寸法ばらつき範囲±ΔＣＤ、最小マスク寸法ＣＤlimit ，像寸法誤差の許容誤差（レンジの１／２）のハーフピッチに対する比率ｃｄtol を定義する。例えば、ＥＬ＝３％、ΔＣＤ＝０．７５ｎｍ（基板上スケール）、最小マスク寸法＝２５ｎｍ（基板上スケール）、ｃｄtol ＝１０％とする。必要な露光量余裕度ＥＬは１枚のマスクのパターン領域内の露光量誤差の許容範囲を表し、数値が大きいほど露光量誤差の規格を緩くできる。 Half-pitch of exposure amount margin EL required as an image characteristic evaluation amount that is an optimization index, mask size variation range ± ΔCD, minimum mask size CD limit , and tolerance of image size error (1/2 of range) Define the ratio cd tol to. For example, EL = 3%, ΔCD = 0.75 nm (on-substrate scale), minimum mask dimension = 25 nm (on-substrate scale), and cd tol = 10%. The necessary exposure margin EL represents the allowable range of the exposure error within the pattern area of one mask. The larger the numerical value, the looser the exposure error standard.
ここで、マスクの寸法ばらつき範囲の１／２であるΔＣＤは、使用するマスクの性能や寸法誤差を意味し、定数である。より具体的には、１枚のマスクのパターン領域内に同じ寸法のパターンを複数配置しようとした場合の製造誤差によるマスク寸法ばらつきを表し、この数値が小さいほど優れたマスク、或いは優れたマスク製造プロセスであるといえる。最小マスク寸法ＣＤlimit はマスク製造プロセスで寸法保証できる最小のライン若しくはスペースの寸法を表す制限条件である。最小マスク寸法ＣＤlimit は、ライン（遮光）パターンとスペース（透過）パターンとで異なる値としてもよい。ｃｄtol は、でき上がった寸法の許容範囲で、定数である。より具体的には、像寸法若しくはレジスト寸法に要求される寸法精度を表し、例えばハーフピッチ４５ｎｍに対してｃｄtol ＝１０％とした場合、レジスト寸法誤差許容は４５ｎｍ±１０％、即ち（４５±４．５）ｎｍを意味する。 Here, ΔCD which is ½ of the dimensional variation range of the mask means the performance and dimensional error of the mask used, and is a constant. More specifically, it represents the variation in mask dimensions due to manufacturing errors when trying to place a plurality of patterns of the same size within the pattern area of one mask. The smaller this value, the better the mask or the better the mask manufacturing It can be said that it is a process. The minimum mask dimension CD limit is a limiting condition representing the minimum line or space dimension that can be guaranteed in the mask manufacturing process. The minimum mask dimension CD limit may be different between the line (light-shielding) pattern and the space (transmission) pattern. cd tol is a constant within the allowable range of the completed dimension. More specifically, represents the dimensional accuracy required for the image size or resist dimension, for example when a cd tol = 10% with respect to the half-pitch 45 nm, the resist dimensional error tolerance is 45 nm ± 10%, i.e. (45 ± 4.5) means nm.
第２のステップＳ２（Ｓ２−１，Ｓ２−２）として、形成したいマスクパターン（即ち、マスクパターンの初期条件）と、露光装置の照明の形状（即ち、照明初期条件）を定義する。即ち、Ｓ２−１でマスクパターンの初期条件を定義し、Ｓ２−２で照明初期条件を定義する。 As a second step S2 (S2-1, S2-2), a mask pattern to be formed (that is, an initial condition of the mask pattern) and an illumination shape of the exposure apparatus (that is, an illumination initial condition) are defined. That is, the initial condition of the mask pattern is defined in S2-1, and the initial illumination condition is defined in S2-2.
第３のステップＳ３として、形成したいマスクパターンの形状特徴を表すパラメータ（以下、マスクパラメータ）を一つないし複数定義し、更に露光装置の照明形状の形状特徴を表すパラメータ（以下、照明パラメータ）を一つないし複数定義する。 As a third step S3, one or more parameters (hereinafter referred to as mask parameters) representing the shape characteristics of the mask pattern to be formed are defined, and further parameters (hereinafter referred to as illumination parameters) representing the shape characteristics of the illumination shape of the exposure apparatus. Define one or more.
マスクパターンのパラメータは、例えば図２に示すような１次元のラインアンドスペースパターンの場合は、遮光体幅を表すマスク寸法のピッチに対する比率（デューティ比＝遮光領域幅／ピッチ）と、遮光体の厚さ、屈折率及び消衰係数のいずれか一つないし複数を使用する。なお、図２（ａ）は平面図で、図２（ｂ）は断面図であり、図中の２１は透明基板、２２は遮光体を示している。 For example, in the case of a one-dimensional line and space pattern as shown in FIG. 2, the mask pattern parameters are the ratio of the mask dimension representing the light shield width to the pitch (duty ratio = light shield area width / pitch), and the light shield One or more of thickness, refractive index and extinction coefficient are used. 2A is a plan view, FIG. 2B is a cross-sectional view, 21 in the figure indicates a transparent substrate, and 22 indicates a light shielding body.
このような微細パターン形成の場合、波長に対してマスクパターンのピッチが小さくなることから、従来使われていた薄膜マスク近似モデルでは、マスクにおける光の回折の予測が正確にできず、マックスウェル方程式に基づく数値計算により光の回折を計算し、その結果に基づいて基板上での干渉像形成を予測する必要がある。数値計算の方法としては、例えば厳密結合波解析法（Rigorous Coupled Wave Analysis：ＲＣＷＡ）や有限差分時間領域法（Finite Difference Time Domain：ＦＤＴＤ）を用いればよい。 In the case of such fine pattern formation, the mask pattern pitch becomes smaller with respect to the wavelength, so the conventional thin film mask approximation model cannot accurately predict the diffraction of light in the mask, and the Maxwell equation It is necessary to calculate the diffraction of light by numerical calculation based on the above and to predict the formation of an interference image on the substrate based on the result. As a numerical calculation method, for example, a strictly coupled wave analysis method (RCWA) or a finite difference time domain method (FDTD) may be used.
また、別の例として、例えば図３に示すような２次元に配置されたホールパターンについては、縦方向のデューティ比（＝遮光幅ｘ１／ピッチｘ２）、横方向のデューティ比（＝遮光幅ｙ１／ピッチｙ２）、遮光体の屈折率及び消衰係数のいずれか一つないし複数を使用する。 As another example, for a hole pattern arranged in two dimensions as shown in FIG. 3, for example, the duty ratio in the vertical direction (= light shielding width x1 / pitch x2) and the duty ratio in the horizontal direction (= light shielding width y1). / Pitch y2), one or more of the refractive index and extinction coefficient of the light-shielding body is used.
照明形状のパラメータは、例えば二重極照明を用いることにすると、図４に示すように、照明σ座標系における極の中心位置及び極の半径の２パラメータのいずれか、若しくは両方が定義される。別の例として四重極照明を用いることにすると、図５に示すように、照明σ座標系におけるｘ軸方向の極の中心位置及び半径、ｙ軸方向の極の中心位置及び半径の４パラメータのうちいずれか、若しくはその中の複数が定義される。なお、図４及び図５において、照明形状は１８０度回転対称であるとしている。 As the parameters of the illumination shape, for example, when using dipole illumination, as shown in FIG. 4, either or both of two parameters of the pole center position and the pole radius in the illumination σ coordinate system are defined. . If quadrupole illumination is used as another example, as shown in FIG. 5, four parameters of the center position and radius of the pole in the x-axis direction and the center position and radius of the pole in the y-axis direction in the illumination σ coordinate system are shown. Or a plurality of them are defined. 4 and 5, the illumination shape is assumed to be 180 degrees rotationally symmetric.
ここで、Ｓ３でマスクパラメータ及び照明パラメータの定義を行う代わりに、Ｓ２−１において、マスクパターンの初期条件の定義と共にマスクパラメータの定義を行うようにし、Ｓ２−２において、照明初期条件の定義と共に照明パラメータの定義を行うようにしても良い。また、Ｓ３では一つないし複数のマスクパラメータ、一つないし複数の照明パラメータを定義したが、マスクパラメータのみの定義、或いは照明パラメータのみの定義の何れか一方だけでもよい。即ち、マスクパラメータと照明パラメータの一方のみの最適設定で十分な精度が得られる場合は、マスクパラメータと照明パラメータの定義は一方のみ行えばよい。 Here, instead of defining the mask parameter and the illumination parameter in S3, the mask parameter is defined together with the initial condition of the mask pattern in S2-1, and the initial condition of the illumination is defined in S2-2. Lighting parameters may be defined. In S3, one or a plurality of mask parameters and one or a plurality of illumination parameters are defined. However, only one of the definition of the mask parameters or the definition of only the illumination parameters may be used. That is, when sufficient accuracy can be obtained with only one of the mask parameter and the illumination parameter, only one of the mask parameter and the illumination parameter needs to be defined.
第４のステップＳ４として、Ｓ２−１で定義したマスクパラメータの初期値と、Ｓ２−２で定義した照明パラメータの初期値を定め、そのパラメータで表される露光条件の像を計算し、像特性評価量、即ち像のＥＬを計算する。ＥＬは、例えば次式に従って近似的に算出できる。 As a fourth step S4, an initial value of the mask parameter defined in S2-1 and an initial value of the illumination parameter defined in S2-2 are determined, an image of the exposure condition represented by the parameter is calculated, and image characteristics are obtained. The evaluation quantity, ie the EL of the image, is calculated. EL can be approximately calculated according to the following equation, for example.
ＥＬ＝ ＮＩＬＳ×ｃｄtol −ａ× DoseＭＥＦ×ΔＣＤ …（１）
ここで、ＮＩＬＳは規格化像ログスロープ（Normalized image log slope）と呼ばれる量であり、パターンエッジ位置における像強度の対数傾きに、パターン幅をかけた量で定義される。一般に、ＮＩＬＳが大きいほど像のコントラストが高い。また、ａは正の定数であり、好ましくは２であり、３，４であっても構わない。さらに、ΔＣＤは、基板上スケールで表されている。
EL = NILS × cd tol -a × DoseMEF × ΔCD ... (1)
Here, NILS is an amount called a normalized image log slope, and is defined by an amount obtained by multiplying the logarithmic slope of the image intensity at the pattern edge position by the pattern width. In general, the larger the NILS, the higher the image contrast. Further, a is a positive constant, preferably 2 and may be 3 or 4. Furthermore, ΔCD is represented by a scale on the substrate.
DoseＭＥＦ（露光量・マスク誤差感度因子）はマスク寸法の単位変化当たりの適正露光量変化量を表し、次式で定義される。Ｅは注目条件での適正露光量、ΔＣＤmaskは微小なマスク寸法誤差（基板上スケール）、ΔＥは、マスク誤差ΔＣＤmaskに対する適正露光量変化量である。 Dose MEF (exposure amount / mask error sensitivity factor) represents an appropriate exposure amount change amount per unit change in mask dimension, and is defined by the following equation. E is an appropriate exposure amount under the attention condition, ΔCD mask is a minute mask dimension error (on-substrate scale), and ΔE is an appropriate exposure amount change amount with respect to the mask error ΔCD mask .
DoseＭＥＦ＝｛（ΔＥ／Ｅ）／ΔＣＤmask｝×１００ …（２）
式（１）の右辺の第１項はマスク誤差が無い場合のＥＬの近似的な値であり、右辺の第２項はマスク寸法誤差に起因するＥＬ縮小の近似的な値である。本実施形態では、右辺の第２項のマスクパターン寸法誤差の像特性への影響を表す因子を含ませたことを特徴としている。
DoseMEF = {(ΔE / E) / ΔCD mask } × 100 (2)
The first term on the right side of Equation (1) is an approximate value of EL when there is no mask error, and the second term on the right side is an approximate value of EL reduction caused by mask dimension error. The present embodiment is characterized in that a factor representing the influence of the mask pattern dimension error in the second term on the right side on the image characteristics is included.
第５のステップＳ５として、マスクパラメータと照明パラメータを変化させて基板上の像を計算すると共に式（１）に従ってＥＬを計算する。さらに、既知の最適化手法に従ってＥＬが最大、若しくは所定値以上になるようなマスクパラメータと照明パラメータの最適条件を算出する。最適化手法は例えば、総当り法、シミュレーテッドアニーリング法、遺伝的アルゴリズム（ＧＡ）などが使用できる。ここで、Ｓ１で定義された最小マスク寸法ＣＤlimit の条件が維持される範囲内で解を求める。 As a fifth step S5, an image on the substrate is calculated by changing the mask parameter and the illumination parameter, and EL is calculated according to the equation (1). Further, the optimum conditions of the mask parameter and the illumination parameter are calculated so that EL becomes maximum or a predetermined value or more according to a known optimization method. As the optimization method, for example, a brute force method, a simulated annealing method, a genetic algorithm (GA), or the like can be used. Here, obtaining a solution to the extent that the minimum mask dimension CD limit conditions defined in S1 is maintained.
このように本実施形態によれば、基板上に形成しようとする光学像又はレジストパターンの特性を代表する像評価量ＥＬに、マスク寸法誤差に起因するＥＬ縮小の近似的な値（式（１）の右辺第２項）を含ませることにより、規格内のマスク寸法誤差が存在しても必要な露光量余裕度が得られるマスクパターンと照明の最適な組み合わせ条件を得ることができる。このため、パターン露光精度の向上をはかることができ、半導体デバイスの製造歩留まりの向上に寄与することができる。 As described above, according to the present embodiment, the approximate value (EL (1)) of the EL reduction caused by the mask dimension error is added to the image evaluation amount EL that represents the characteristics of the optical image or resist pattern to be formed on the substrate. 2) on the right side of (2)), it is possible to obtain an optimal combination condition of a mask pattern and illumination that can provide a necessary exposure dose margin even if a mask dimension error within the standard exists. For this reason, it is possible to improve the pattern exposure accuracy and contribute to the improvement of the manufacturing yield of semiconductor devices.
なお、本実施形態では光学像が満足すべき制限条件として最小マスク寸法ＣＤlimit を定義したが、このような制限条件無しでも各パラメータの最適設定は可能である。この場合のフローチャートは、図６のようになる。即ち、第１のステップＳ１’で制限条件の設定が不要となり、第５のステップＳ５’で制限条件を満たす範囲という条件が不要となる。従ってこの場合は、図１の場合よりも計算処理が簡略化される。 In the present embodiment, the minimum mask dimension CD limit is defined as a limiting condition that the optical image should satisfy. However, the optimum setting of each parameter is possible without such a limiting condition. The flowchart in this case is as shown in FIG. That is, the setting of the limiting condition is not necessary in the first step S1 ′, and the condition of the range satisfying the limiting condition is not required in the fifth step S5 ′. Therefore, in this case, the calculation process is simplified as compared with the case of FIG.
（第２の実施形態）
本発明の第２の実施形態として、第１の実施形態に更に別の制限条件を設定した例を説明する。
(Second Embodiment)
As a second embodiment of the present invention, an example in which another restriction condition is set in the first embodiment will be described.
図７（ａ）は、５本の密集ラインパターンと、その左右に非転写パターン（一般にはＳＲＡＦとも呼ばれる）を配置した例である。図中の７１は遮光体、７２は転写パターン、７３は非転写パターンを示している。非転写パターン７３は周期性を維持することによって周期端パターンの焦点深度を向上させる機能があり、さらにそれ自身は転写されないことが必要である。
FIG. 7A shows an example in which five dense line patterns and non-transfer patterns (generally called SRAF) are arranged on the left and right sides thereof. In the figure,
図７（ｂ）は、図７（ａ）のパターンを露光した際の基板上での光強度を示している。転写パターン部分の光強度は弱く、非転写パターン部分の光強度はそれよりも大きい。従って、しきい値光強度の選択により、転写パターンのみ解像し、非転写パターンを解像させなくすることができる。 FIG. 7B shows the light intensity on the substrate when the pattern of FIG. 7A is exposed. The light intensity of the transfer pattern portion is weak, and the light intensity of the non-transfer pattern portion is higher than that. Therefore, by selecting the threshold light intensity, only the transfer pattern can be resolved and the non-transfer pattern can be prevented from being resolved.
このようなパターンに対して、第１の実施形態に記載された最適化手法を適用する場合において、評価量を５本バーの中央のラインのＥＬとし、制限条件として最小マスク寸法＝１００ｎｍ（マスクスケール）に加えて、５本バーの中央のラインの像寸法が所望値になる露光量条件でのＳＲＡＦの像寸法が０であることとする。 In the case where the optimization method described in the first embodiment is applied to such a pattern, the evaluation amount is EL of the center line of five bars, and the minimum mask dimension = 100 nm (mask) In addition to the scale), the SRAF image size under the exposure amount condition where the image size of the center line of the five bars is a desired value is zero.
このような条件の下で第１の実施形態のＳ１〜Ｓ４の手順に従って最適マスク・照明条件を求める。 Under such conditions, the optimum mask / illumination conditions are obtained according to the procedures of S1 to S4 of the first embodiment.
即ち、第１のステップＳ１として、形成したい像形状（光学像）の特性を代表する像特性評価量及び制限条件を設定する。 That is, as the first step S1, an image characteristic evaluation amount and a limiting condition that represent characteristics of an image shape (optical image) to be formed are set.
次に、第２のステップＳ２として、マスクパターンの初期条件と照明初期条件を定義する。さらに、第３のステップＳ３として、マスクパラメータを一つないし複数定義し、更に照明パラメータを一つないし複数定義する。 Next, as a second step S2, an initial condition of the mask pattern and an initial illumination condition are defined. In the third step S3, one or more mask parameters are defined, and one or more illumination parameters are defined.
次に、第４のステップＳ４として、Ｓ２で定義したマスクパラメータの初期値と照明パラメータの初期値を定め、そのパラメータで表される露光条件の像を計算し、像特性評価量ＥＬを前記（１）式に従って計算する。 Next, as the fourth step S4, the initial value of the mask parameter and the initial value of the illumination parameter defined in S2 are determined, the image of the exposure condition represented by the parameter is calculated, and the image characteristic evaluation amount EL is set to (( 1) Calculate according to the equation.
次に、第５のステップＳ５として、既知の最適化手法に従ってＥＬが最大、若しくは所定値以上になるようなマスクパラメータと照明パラメータの最適条件を算出する。そして、Ｓ１で定義された最小マスク寸法ＣＤlimit の条件が維持される範囲内で、且つ非転写パターンが解像されない範囲内で解を求める。 Next, as a fifth step S5, an optimal condition of the mask parameter and the illumination parameter is calculated so that EL becomes maximum or a predetermined value or more according to a known optimization method. Then, a solution is obtained within a range in which the condition of the minimum mask dimension CD limit defined in S1 is maintained and a non-transfer pattern is not resolved.
このように本実施形態によれば、第１の実施形態と同様の効果が得られるのは勿論のこと、非転写パターンの解像を抑制した条件で、必要な露光量余裕度が得られるマスクパターンと照明の最適な組み合わせ条件を得ることができる。 As described above, according to this embodiment, the same effect as that of the first embodiment can be obtained, and a mask capable of obtaining a necessary exposure amount margin under the condition that the resolution of the non-transfer pattern is suppressed. Optimal combination conditions of pattern and illumination can be obtained.
（第３の実施形態）
本実施形態は、光学像の代わりにレジストパターンの特性を代表する像特性評価量を基に各パラメータを最適設定する方法である。
(Third embodiment)
In the present embodiment, each parameter is optimally set based on an image characteristic evaluation amount that represents the characteristics of a resist pattern instead of an optical image.
光学像でなくレジストパターン寸法を使った最適化では、ＥＬは例えば次式に従って近似的に算出できる。 In optimization using resist pattern dimensions instead of optical images, EL can be approximately calculated according to the following equation, for example.
ＥＬ＝ＥＬmax −ａ×DoseＭＥＦ×ΔＣＤ …（３）
ここで、ａは正の定数であり、好ましくは２であり、３，４であっても構わない。ＥＬmax はマスク誤差がない場合の露光量余裕度であり、例えばベストフォーカス条件におけるレジスト寸法が所望値、所望値＋ｃｄtol（％）、所望値−ｃｄtol（％）になる露光量をそれぞれＥ０，Ｅ１，Ｅ２（ｍＪ／ｃｍ2 ）とすると、次式で表される。
EL = EL max −a × Dose MEF × ΔCD (3)
Here, a is a positive constant, preferably 2, and may be 3, 4. EL max is the exposure amount margin when there is no mask error. For example, the exposure amount at which the resist dimension under the best focus condition is a desired value, a desired value + cd tol (%), and a desired value −cd tol (%) is E0. , E1, E2 (mJ / cm 2 ),
（｜Ｅ２−Ｅ１｜／Ｅ０）×１００［％］
DoseＭＥＦ（露光量・マスク誤差感度因子）はマスク寸法の単位変化当たりの適正露光量変化量を表し、定義は光学像における定義式（２）と共通である。さらに、ΔＣＤは、基板上スケールで表されている。
(| E2-E1 | / E0) × 100 [%]
Dose MEF (exposure amount / mask error sensitivity factor) represents an appropriate exposure amount change amount per unit change of the mask dimension, and the definition is common to the definition formula (2) in the optical image. Furthermore, ΔCD is represented by a scale on the substrate.
本実施形態のように、レジストパターン寸法を使った評価では、光学像による最適化に比べれば多少時間がかかるものの、光学的な効果に加えて基板のベーク及び現像の効果も含めて、最適な露光条件を求めることができる。従って、第１の実施形態以上に高い精度でパターン形成を行うことができる。 As in the present embodiment, the evaluation using the resist pattern dimensions takes a little time compared with the optimization by the optical image, but the optimum including the effects of baking and developing the substrate in addition to the optical effects. Exposure conditions can be determined. Therefore, pattern formation can be performed with higher accuracy than in the first embodiment.
（第４の実施形態）
本実施形態は、露光装置の光源としてレーザに代わりＥＵＶ光を用いた場合の露光条件設定方法である。
(Fourth embodiment)
This embodiment is an exposure condition setting method when EUV light is used instead of a laser as a light source of an exposure apparatus.
第１〜第３の実施形態では、露光装置の光源として、ＡｒＦエキシマレーザを用いているが、波長が１５７ｎｍのフッ素（Ｆ２）エキシマレーザ、や波長が２４８ｎｍのクリプトンフロライド（ＫｒＦ）エキシマレーザ等でもよいことは勿論である。さらに、これらの液浸露光装置にも適用可能である。 In the first to third embodiments, an ArF excimer laser is used as the light source of the exposure apparatus. However, a fluorine (F2) excimer laser with a wavelength of 157 nm, a krypton fluoride (KrF) excimer laser with a wavelength of 248 nm, etc. Of course. Furthermore, the present invention can also be applied to these immersion exposure apparatuses.
また、光源としてエキシマレーザに限らず、波長が３６５ｎｍの紫外線（ｉ線）、波長が１０〜２０ｎｍの極端紫外光（ＥＵＶ）、を用いてもよいことは勿論である。 Of course, the light source is not limited to the excimer laser, and ultraviolet (i-line) having a wavelength of 365 nm and extreme ultraviolet (EUV) having a wavelength of 10 to 20 nm may be used.
波長が１０〜２０ｎｍのＥＵＶ光を用いて露光を行う場合、ＥＵＶ光に対して透明な固体の材料がないため、マスクやレンズ等は反射型となる。 When exposure is performed using EUV light having a wavelength of 10 to 20 nm, since there is no solid material transparent to EUV light, a mask, a lens, and the like are of a reflective type.
図８は、反射型露光装置で使用されるマスクの例であり、パターンの原盤が吸収体と反射面によって形成されている。なお、図中の図中８１は透明基板，８２はＭｏ／Ｓｉの多層反射膜、８３はＣｒやＴａＮ等からなる吸収体を示している。 FIG. 8 shows an example of a mask used in a reflection type exposure apparatus, in which a pattern master is formed of an absorber and a reflection surface. In the figure, 81 is a transparent substrate, 82 is a Mo / Si multilayer reflective film, and 83 is an absorber made of Cr, TaN or the like.
図９は、反射光学系からなる投影光学系を持つ露光装置の例である。光路は真空であり、照明光学系からのＥＵＶ光がマスク９１に照射され、マスク９１で反射されたＥＵＶ光が投影光学系９２の反射型のレンズ、ミラーを介して基板９３上に投影されるようになっている。
FIG. 9 shows an example of an exposure apparatus having a projection optical system composed of a reflection optical system. The optical path is a vacuum, and EUV light from the illumination optical system is irradiated onto the
このようなＥＵＶ露光にあっても、第１の実施形態と同様に、像特性評価量及び制限条件の設定（Ｓ１）、マスクパターンの初期条件と照明初期条件の定義（Ｓ２）、マスクパラメータ及び照明パラメータの定義（Ｓ３）、像特性評価量ＥＬの計算（Ｓ４）、マスクパラメータと照明パラメータの最適条件の算出（Ｓ５）を順に行うことにより、第１の実施形態と同様に、規格内のマスク寸法誤差が存在しても必要な露光量余裕度が得られるマスクパターンと照明の最適な組み合わせ条件を得ることができる。このため、パターン露光精度の向上をはかることができ、半導体デバイスの製造歩留まりの向上に寄与することができる。 Even in such EUV exposure, similarly to the first embodiment, setting of the image characteristic evaluation amount and the limiting condition (S1), the definition of the initial condition of the mask pattern and the initial illumination condition (S2), the mask parameter, and By performing the definition of the illumination parameter (S3), the calculation of the image characteristic evaluation amount EL (S4), and the calculation of the optimal condition of the mask parameter and the illumination parameter (S5) in order, the same as in the first embodiment, It is possible to obtain an optimum combination condition of a mask pattern and illumination that can provide a necessary exposure dose margin even if a mask dimension error exists. For this reason, it is possible to improve the pattern exposure accuracy and contribute to the improvement of the manufacturing yield of semiconductor devices.
（変形例）
なお、本発明は上述した各実施形態に限定されるものではない。実施形態では、マスクパターンのパラメータは、マスク寸法のピッチに対する比率（デューティ比＝遮光領域幅／ピッチ）、遮光体の厚さ、屈折率及び消衰係数などに限るものではなく、仕様に応じて適宜変更可能である。同様に照明形状のパラメータも、二重極照明の２パラメータ或いは四重極照明の４パラメータなどに限るものではなく、仕様に応じて適宜変更可能である。さらに、マスクパラメータ及び照明パラメータは必ずしも両方を定義する必要はなく、一方のみを定義するようにしても良い。
(Modification)
In addition, this invention is not limited to each embodiment mentioned above. In the embodiment, the mask pattern parameters are not limited to the ratio of the mask dimension to the pitch (duty ratio = light shielding area width / pitch), the thickness of the light shielding body, the refractive index, the extinction coefficient, and the like. It can be changed as appropriate. Similarly, the illumination shape parameters are not limited to two parameters for dipole illumination or four parameters for quadrupole illumination, and can be appropriately changed according to the specification. Furthermore, it is not always necessary to define both the mask parameter and the illumination parameter, and only one of them may be defined.
また、実施形態では、露光条件の設定方法について説明したが、本発明はこのような設定方法を記録媒体に記憶させたプログラムに適用することも可能である。例えば、入力された像評価量、制限条件、マスクパターン初期値、照明条件初期値、有効光源の形状特徴を表現するパラメータ若しくはマスクパターンの形状特徴を表現するパラメータの情報を基に、第１〜第４の実施形態ののうちの何れかを実行してマスクパターンと照明を設計し、その結果を出力するようなプログラムを作成しても良い。これにより、短時間で最適なマスクパターンと照明を求めることができる。 In the embodiment, the exposure condition setting method has been described. However, the present invention can also be applied to a program stored in a recording medium. For example, based on the input image evaluation amount, limiting conditions, mask pattern initial values, illumination condition initial values, parameters expressing the shape characteristics of the effective light source or parameters expressing the shape characteristics of the mask pattern, You may create the program which performs any of 4th Embodiment, designs a mask pattern and illumination, and outputs the result. Thereby, the optimal mask pattern and illumination can be obtained in a short time.
その他、本発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々変形して実施することができる。 In addition, various modifications can be made without departing from the scope of the present invention.
２１…透明基板
２２…遮光体
７１…遮光体
７２…転写パターン
７３…非転写パターン
８１…透明基板
８２…多層反射膜
８３…遮光体
９１…マスク
９２…投影光学系
９３…基板
DESCRIPTION OF
Claims (5)
前記基板上に形成しようとする光学像又はレジストパターンの特性を代表する像評価量であって、マスクパターン寸法誤差の像特性への影響を表す因子を含ませた像評価量を定義する第１のステップと、
前記有効光源の初期条件と前記マスクパターンの初期条件を定める第２のステップと、
前記有効光源の形状特徴を表現するパラメータ及び前記マスクパターンの形状特徴を表現するパラメータの少なくとも一つを定義する第３のステップと、
前記パラメータの少なくとも一つを変化させて前記像評価量を計算し、該計算結果に基づいて最適なパラメータを決定する第４のステップと、
を含むことを特徴とする露光条件設定方法。 Exposure for optimally setting exposure conditions when irradiating light emitted from an effective light source onto a mask pattern formed on an exposure mask and projecting diffracted light emitted from the mask onto a substrate via a projection lens A condition setting method,
A first image evaluation amount that represents a characteristic of an optical image or a resist pattern to be formed on the substrate and includes a factor that represents an influence of a mask pattern dimension error on the image characteristic. And the steps
A second step of defining an initial condition of the effective light source and an initial condition of the mask pattern;
A third step of defining at least one of a parameter expressing the shape feature of the effective light source and a parameter expressing the shape feature of the mask pattern;
A fourth step of calculating the image evaluation amount by changing at least one of the parameters, and determining an optimal parameter based on the calculation result;
An exposure condition setting method comprising:
Ｍ＝ΔＥ／ΔＣＤｍａｓｋ
にて決定される数値であることを特徴とする請求項１記載の露光条件設定方法。 The factor M representing the influence of the mask pattern dimensional error on the image characteristic is when the change rate of the appropriate exposure amount per value ΔCD mask on the substrate of the mask dimensional error representing the dimensional variation of the mask pattern is ΔE.
M = ΔE / ΔCD mask
The exposure condition setting method according to claim 1, wherein the exposure condition setting value is a numerical value determined in step 1.
ＥＬ＝ＮＩＬＳ×ｃｄtol −ａ×Ｍ×ΔＣＤ
（ａは正の定数）
で表されることを特徴とする請求項２記載の露光条件設定方法。 The image evaluation amount EL is a ratio of an image size tolerance (1/2 of the range) to a half pitch, cd tol , a standardized image log slope, NILS, and a size variation range of the mask pattern on the mask. Using the value at ± ΔCD,
EL = NILS × cd tol −a × M × ΔCD
(A is a positive constant)
3. The exposure condition setting method according to claim 2, wherein
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