JP3583559B2 - 光近接効果補正方法 - Google Patents
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Description
【発明の属する技術分野】
この発明は、光近接効果補正方法に関し、より特定的には、フォトマスクパターンのデータに対して、効率的に光近接効果補正を行なうことのできる光近接効果補正方法に関するものである。
【0002】
【従来の技術】
近年、半導体装置の微細化に伴い、半導体装置を構成する半導体素子の光近接効果による仕上がり寸法の精度の低下や、配線パターン形状の変化が問題となっている。
【0003】
ここで、光近接効果とは、フォトマスクに形成されるフォトマスクパターンの配置(線幅、ピッチなど)により、フォトマスクを透過する露光光の光学像が変化し、被露光対象膜であるレジスト膜の仕上がり寸法に誤差が生じる現象を言う。たとえば、図13(a)に示すように、P100とP200とを有するフォトマスクの遮光パターンを用いてレジスト膜を露光し、パターニングされたレジスト膜を用いて配線層のパターニングを行なった場合、図13(b)に示すように、配線パターンP100a,P200aは、配線パターンが向かい合う中央部付近を中心として大きく形状が変化する。
【0004】
現在、主に問題となっているものとしては、ロジック系半導体装置のゲートパターンのショートニングや、パターンの幅が一定でピッチが変化するときの、パターン幅の誤差などが挙げられる。そのため、近年光近接効果補正が検討されている。
【0005】
現在行なわれている光近接効果補正方法は、図14のフロー図に示すように、まずステップ100(以下S100と示す)においてフォトマスクデータが作成され、S200において、このフォトマスクデータに基づいて光分布シミュレーション、現像シミュレーションなどが行なわれる。このシミュレーションの結果に基づいて、S300において光近接効果補正値が決定される。
【0006】
次に、S300において得られた光近接効果補正値に基づいて、S400において、フォトマスクデータの修正が行なわれる。次に、S500に移行し、修正されたフォトマスクデータを用いて、再び光分布シミュレーションや現像シミュレーションなどを行なう。その結果、S600において、光近接効果による寸法変動量が収束したか否かの判断を行ない、収束していない場合は、再度S300に戻り、同様のステップを経る。一方、光近接効果による寸法変動量が収束した場合は、S700に移行しフォトマスクデータの修正が完了する。
【0007】
このようにして、光分布シミュレーションおよび現像シミュレーションを行なうことにより、光近接効果による寸法変動量が収束するまでシミュレーションを繰返し行なわれ、これにより光近接効果補正が行なわれたフォトマスクデータが得られることになる。
【0008】
【発明が解決しようとする課題】
上述した従来のフォトマスクパターンデータの光近接効果補正方法においては、フォトマスクパターンデータのシミュレーションが行なわれる。しかし、1回にシミュレーションできる領域は、装置の制限から1×10−4mm2 以下である。これを、フォトマスクパターン全体で考えた場合、フォトマスクパターンは通常4×102 mm2 であるため、1つのフォトマスクパターンを1回シミュレーションするためには、400万回の計算が必要となる。また、図14で説明したように、光近接効果が収束するまでシミュレーションを繰返して行なうため、シミュレーションに要する計算時間は膨大なものとなってしまう。
【0009】
この発明は、上記問題点を解決するためになされたもので、シミュレーションの回数を減らし、これにより計算時間を短縮し、かつ、補正の精度を高く維持することのできる光近接効果補正方法を提供することを目的とする。
【0010】
【課題を解決するための手段】
この発明に基づいた光近接効果補正方法によれば、以下に示すステップを備えている。
【0011】
まず、フォトマスクが装着される露光装置の、露光光源の波長と、開口数と、部分コヒーレンスとの3つの値に基づいて、露光ポイントの光近接効果の影響を受ける判断距離が求められる。その後、露光ポイントを中心とした判断距離を半径とする円を描き、この円内のフォトマスクパターンの占める面積率から、露光ポイントの光近接効果補正が必要か否かの面積率判断基準が求められる。
【0012】
次に、フォトマスクパターンの各辺が所定長さ以下の分割辺に区分される。その後、区分された分割辺の中点を中心とした判断距離を半径とする円を描き、この円内にフォトマスクパターンの占める各分割辺の面積が測定される。
【0013】
次に、各分割辺の面積率と面積率判断基準とを比較して、各分割辺の光近接効果補正が必要か否かの判断が行なわれる。その後、光近接効果補正の必要な分割辺に対して、面積率判断基準から得られる光近接効果の寸法変動量に基づいてフォトマスクデータの修正が行なわれる。
【0014】
以上のように、この発明に基づく光近接効果補正によれば、フォトマスクパターンの辺を所定長さに分割し、各分割辺について光近接効果補正が必要か否かの判断を行ない、光近接効果補正の必要な分割辺のみに対してフォトマスクパターンデータの修正を行なっている。これにより、シミュレーションは補正されたデータのみに対して行なうことで済むため、すべてのデータについてシミュレーションを行なう従来の光近接効果補正に対して、シミュレーションにかかる計算時間を大幅に短縮させることが可能となる。
【0015】
また、フォトマスクパターンの各辺の分割長さも、可能な限り細かく分割することで、補正の精度を高く維持することが可能となる。
【0016】
【発明の実施の形態】
以下、この発明に基づく光近接効果補正方法の実施の形態について図を参照して説明する。
【0017】
(実施の形態1)
まず、実施の形態1における光近接効果補正方法について説明する。
【0018】
この光近接効果補正方法は、以下に示す方法によりフォトマスクパターンのデータに対して補正を行なう。
【0019】
まず第1に、フォトマスクが装着される露光装置の、露光光源の波長(λ)と、開口数(NA)と、部分コヒーレンス(σ)との3つの値に基づいて、所定の露光ポイントが他の露光ポイントから光近接効果の影響を受ける場合、所定の露光ポイントから他の露光ポイントまでの距離(d)を求める(以下、この距離を判断距離(d1)と称す)。
【0020】
この判断距離(d1)は、以下に示す式(1)によって導くことができる。
d1=λ/NA(1−σ) ・・・(1)
d1:判断距離
λ:露光光源の波長
σ:部分コヒーレンス
NA:開口数
たとえば、式(1)の光学条件が、
λ=0.365μm(i線)
NA=0.57
σ=0.6の場合、これらの値を式(1)に代入すると、判断距離(d1)は、1.6μm程度となる。このことは、図1に示す実験結果によるグラフからも明らかにされる。図1に示すグラフは、縦軸に光近接効果による移動量を示し、横軸に光近接効果の影響を受ける距離(d)を示したものである。
【0021】
図1中において、0.35μmラインパターンおよび0.35μmスペースパターンともに、距離(d)が1.6μmまでの場合、光近接効果による寸法変動量は大きいが、距離(d)が1.6μmを超えたあたりから光近接効果の寸法変動量が一定値に収束していることがわかる。このようにして、まず判断距離(d1)を求める。
【0022】
第2に、露光ポイントを中心とした判断距離(d1)を半径とする円を描き、この円内のフォトマスクパターンの占める面積率から、その露光ポイントに対して光近接効果補正が必要か否かの判断を行なう(以下、この面積を面積率判断基準と称す)。
【0023】
上述の光学条件と同じ条件で、判断距離(d1)を1.6μmとした場合のフォトマスクパターン(遮光部)の面積率(%)を実験的に求め、この面積率を横軸に、光近接効果による寸法変動量を縦軸に示したものが図2である。
【0024】
図2に示すように、フォトマスクパターンの面積率が40%以上の場合、光近接効果による寸法変動量は0であり、光近接効果による補正は必要がないと判断することができる。一方、フォトマスクパターンの面積率が30%以下の場合、光近接効果による寸法変動量は0.03μmを中心として±0.005(μm)の移動量となり、光近接効果による補正が必要であると判断することができる。
【0025】
また、フォトマスクパターンの面積率が30%〜40%の間にある場合は、面積率と光近接効果による寸法変動量とはほぼ反比例の直線を描き、その寸法変動量は近似的に下記の式(2)で導くことができる。
【0026】
y=0.11−2.6×10−3×x ・・・(2)
(y:光近接効果による寸法変動量、x:フォトマスクパターン(遮光部)の面積率)
したがって、この場合も光近接効果による補正が必要であると判断することができる。
【0027】
以上により、上述の光学条件の下においては、面積率判断基準として、面積率が40%以下の場合は、光近接効果による補正が必要であり、面積率が40%以上の場合は、光近接効果による補正が不必要であるという面積率判断基準を求めることができる。さらに、補正量として、面積率が30%以下の場合、光近接効果による寸法変動量は0.03μmを中心として±0.005(μm)の移動量、面積率が30%〜40%の間にある場合は、光近接効果による寸法変動量は、式(2)のようにして求めることができる。
【0028】
次に、実際のフォトマスクに形成されるフォトマスクパターンのデータに光近接効果補正を行なう場合のステップを図3に示し、この図3の各ステップをわかりやすく説明するためのフォトマスクパターンを図4〜図8に示す。なお、光学条件は上述した光学条件と同じ条件とする。
【0029】
まず図3のフロー図において、ステップ10およびステップ20は、上述した光近接効果の2つの特性を導くステップである。
【0030】
まず、図4にフォトマスクに形成されるべきフォトマスクのパターンを示す。このパターンには、複数の異なる形状を有するP1〜P5のパターンが所定の位置に形成されており、これらのパターンはフォトマスクにおいて遮光部を構成する。
【0031】
次に、図5を参照して、フォトマスクパターンP1〜P5の各辺をそれぞれ0.30μm以下の分割辺に区分する。このステップは、図3に示すS30に対応する。
【0032】
次に、図6を参照して、区分された分割辺の中点(C1 )を中心として、判断距離(d1=1.6μm)を半径とする円を描き、この円内にフォトマスクパターンの占める分割辺の面積率を測定する。この面積率をすべての分割辺について測定する。このステップは、図3に示すS40に対応する。
【0033】
次に、図7を参照して、各分割辺の面積率と、上述の図2で求められた面積率判断基準とを比較し、各分割辺の光近接効果補正が必要か否かの判断を行なう。これは、図3のステップ50に対応する。このようにして光近接効果補正を行なうか否かの判断を行なったものが図7であり、各分割辺において、太字黒線で示される分割辺は光近接効果補正が不要である分割辺を示し、点線で示される辺は光近接効果補正が必要である分割辺を示している。
【0034】
次に、図8を参照して、光近接効果補正が必要な分割辺に対して、図2に示される面積率判断基準から得られる光近接効果の寸法変動量に基づいて、フォトマスクパターンのデータの修正を行なう。このステップは、図3に示すS60である。
【0035】
ここで、フォトマスクパターンの面積率が30〜40%の間における光近接効果による寸法変動量は、上述の式(2)で導くことができる。なお、図2より、フォトマスクパターンの面積率が30%以下の場合は、光近接効果による寸法移動量は、0.03μmの一律補正とすることができる。
【0036】
このようにしてフォトマスクパターンデータの修正を行なったものが図8である。このデータに基づいて光分布シミュレーションおよび現像シミュレーションが行なわれるが、補正不要と判断された分割辺に対しては再度シミュレーションを行なう必要がない。
【0037】
したがって、データの修正を行なった分割辺のみに対してシミュレーションを行なえばよく、従来の光近接効果補正方法に比べてシミュレーションに基づく計算時間を短縮させることが可能となる。また、分割辺の長さを0.30μmとしていることから、補正の精度を高く維持させることが可能となる。
【0038】
(実施の形態2)
この実施の形態2における光近接効果補正方法は、上述した実施の形態1における光近接効果方法よりも補正精度があまり必要なく、一方実施の形態1よりも高速補正が必要な場合に、図9に示すように、一定のフォトマスクパターンの面積率(33%)以下の場合、一括した寸法変動量(0.02μm)を与えるようにしたものである。
【0039】
ここで、この寸法変動量0.02μmは、光近接効果補正が必要であるフォトマスクパターンの平均的な寸法変動量として、0.01μm〜0.03μmの中点ということで決定している。このように光近接効果の寸法変動量を一括寸法変動量とすることで、フォトマスクパターンデータ処理後の光学像シミュレーションが不要となるため、実施の形態1に比べてさらにシミュレーションに要する計算時間の短縮を図ることが可能となる。
【0040】
(実施の形態3)
この実施の形態における光近接効果補正方法は、図2に示されるフォトマスクパターンの面積率と光近接効果による寸法変動量との関係に、さらにフォトマスクを透過した露光光によって露光されるレジスト材料による光学条件を考慮に入れ、光近接効果による変動量の高精度化を図るものである。
【0041】
図10を参照して、レジスト膜Aに示されるグラフは、図2に示されるグラフと同一のデータであり、レジスト膜Bに示されるグラフは、レジスト膜Aと異なるレジスト膜を用いた場合のグラフである。
【0042】
ここで、レジスト膜Aは、三菱化学製、i線ポジレジストi8300B(膜厚7500Å)を用いたものであり、レジスト膜Bは、三菱化学製、i線ポジレジストi8000(膜厚7500Å)を用いたものである。
【0043】
図10に示される実験結果から明らかなように、レジスト膜Aを用いた場合、実施の形態1で説明したように、フォトマスクパターンの面積率が40%以上の場合は、光近接効果による変動量を0とすることができる。一方、レジスト膜Bを用いた場合、フォトマスクパターンの面積率は50%以上の場合のときに、光近接効果による寸法変動量が0であるとすることができる。また、図2によって示される式(2)の値も、レジスト膜Bにおいては異なり、補正が必要とされる分割辺に与えられる寸法変動量も異なることになる。
【0044】
このように、フォトマスクを透過した露光光によって露光されるレジスト材料による光学条件を考慮に入れることによって、光近接効果における分割辺に与える移動量の高精度化を図ることが可能となる。
【0045】
(実施の形態4)
この実施の形態における光近接効果補正方法においては、上述した実施の形態1と比較して、分割辺の光近接効果補正の要否の判断を行なう際に、判断距離(d1)の半径の円内における他の露光ポイントからの距離による影響を考慮に入れて判断距離の決定を行ない、これにより光近接効果による寸法変動量の高精度化を図ろうとしている点が異なっている。
【0046】
フォトマスクを透過したパターンを形成する露光光は干渉性を持っており、図11に示すように、露光ポイントの点像のフーリエ変換はベッセル関数で表わすことができる。
【0047】
ここで、ベッセル関数は回折光の発生する点から距離の関数として表わすことができ、距離が離れるほど光学像の強度は低下し、その影響は小さくなる。露光装置においては、露光光の光源を点光源の集まりであると考えられるので、同様のことが起こり、露光ポイントに対して他の近い露光ポイントからの影響が大きいと考えられる。したがって、実効的には上述した式(1)に係数kをかけた下記の式(3)に規定される式を用いて、判断距離d1′を求めることができる。
【0048】
d1′=k・λ/NA(1−σ) … (3)
λ:波長
NA:開口数
σ:部分コヒーレンス
これにより、下記に示す式(4)により判断距離d1′の半径の円内における他の露光ポイントから受ける影響を考慮に入れた場合の面積率判断基準を求めることが可能となる。
【0049】
Sall=a・S′+ S … (4)
Sall:トータルの面積率判断基準
S:判断距離d1′からd1までの範囲の面積率
S′:露光ポイントから距離d1′までの面積率
a:係数
その結果、実施の形態1における光学条件の場合、d1=1.6μm、d1′=0.8μm、k=0.5とした場合の近接効果による寸法変動量とフォトマスクパターンの面積率との関係は図12に示すようになり、実施の形態1に比べより高精度に寸法変動量を求めることが可能となる。
【0050】
【発明の効果】
この発明に基づく光近接効果補正によれば、フォトマスクパターンの辺を所定長さに分割し、各分割辺について光近接効果補正が必要か否かの判断を行ない、光近接効果補正の必要な分割辺のみに対してフォトマスクパターンデータの修正を行なっている。これにより、シミュレーションは補正されたデータのみについて行なうことで済むため、すべてのデータについてシミュレーションを行なう従来の光近接効果補正に対して、シミュレーションにかかる計算時間を大幅に短縮させることが可能となる。
【0051】
また、フォトマスクパターンの各辺の分割長さも、可能な限り細かく分割することで、補正の精度を高く維持することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図1】実施の形態1における光近接効果による寸法変動量と露光ポイントの光近接効果の影響を受ける距離との関係を示す図である。
【図2】実施の形態1における光近接効果による寸方変動量とフォトマスクパターン(遮光部)の面積率との関係を示す図である。
【図3】実施の形態1における光近接効果補正方法のフロー図である。
【図4】実施の形態1におけるフォトマスクに形成されるフォトマスクパターンを示す第1の図である。
【図5】実施の形態1におけるフォトマスクに形成されるフォトマスクパターンを示す第2の図である。
【図6】実施の形態1におけるフォトマスクに形成されるフォトマスクパターンを示す第3の図である。
【図7】実施の形態1におけるフォトマスクに形成されるフォトマスクパターンを示す第4の図である。
【図8】実施の形態1におけるフォトマスクに形成されるフォトマスクパターンを示す第5の図である。
【図9】実施の形態2における光近接効果による寸法変動量とフォトマスクパターン(遮光部)の面積率との関係を示す図である。
【図10】実施の形態3における光近接効果における寸法変動量とフォトマスクパターン(遮光部)の面積率との関係を示す図である。
【図11】実施の形態4におけるフーリエ変換とベッセル関数の関係を示す図である。
【図12】実施の形態4における光近接効果による寸法変動量とフォトマスクパターン(遮光部)の面積率との関係を示す図である。
【図13】光近接効果による寸法変動を説明するための図である。
【図14】従来技術における光近接効果補正方法を示すフロー図である。
【符号の説明】
P1,P2,P3,P4,P5 フォトマスクパターン、d1,d1′ 判断距離。
Claims (4)
- フォトマスクに形成されるフォトマスクパターンのフォトマスクパターンデータに、予め光近接効果補正を行なうための光近接効果補正方法であって、
前記フォトマスクが装着される露光装置の、露光光源の波長と、開口数と、部分コヒーレンスとの3つ値に基づいて、露光ポイントの光近接効果の影響を受ける判断距離を求めるステップと、
前記露光ポイントを中心とした前記判断距離を半径とする円を描き、この円内の前記フォトマスクパターンの占める面積率から、前記露光ポイントの光近接効果補正が必要か否かの面積率判断基準を求めるステップと、
前記フォトマスクパターンの各辺を所定長さ以下の分割辺に区分するステップと、
区分された前記分割辺の中点を中心とした前記判断距離を半径とする円を描き、この円内に前記フォトマスクパターンの占める前記各分割辺の面積率を測定するステップと、
前記各分割辺の面積率と前記面積率判断基準とを比較して、前記各分割辺の光近接効果補正が必要か否かの判断を行なうステップと、
光近接効果補正の必要な前記分割辺に対して、前記面積率判断基準から得られる光近接効果の寸法変動量に基づいて前記フォトマスクパターンデータの修正を行なうステップと、
を備える光近接効果補正方法。 - 判断距離を求める前記ステップは、
d1=λ/NA(1−σ)
d1:判断距離
λ:露光光源の波長
σ:部分コヒーレンス
NA:開口数
の式を用いて前記判断距離を求めるステップを含む、請求項1に記載の光近接効果補正方法。 - 前記各分割辺の光近接効果補正が必要か否かの判断を行なう前記ステップは、前記フォトマスクパターンが露光される被露光材の光学条件を考慮に入れて判断を行なうステップを含む、請求項1に記載の光近接効果補正方法。
- 前記各分割辺の光近接効果補正が必要か否かの判断を行なう前記ステップは、前記判断距離の半径の円内における他の露光ポイントから受ける影響を考慮に入れて判断を行なうステップを含む、請求項1に記載の光近接効果補正方法。
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