JP4984230B2

JP4984230B2 - 光近接効果補正方法

Info

Publication number: JP4984230B2
Application number: JP2007046340A
Authority: JP
Inventors: 友一稲月; 登山　　伸人; 泰考森川; 俊安達
Original assignee: Dai Nippon Printing Co Ltd
Current assignee: Dai Nippon Printing Co Ltd
Priority date: 2007-02-27
Filing date: 2007-02-27
Publication date: 2012-07-25
Anticipated expiration: 2027-02-27
Also published as: JP2008209663A

Description

本発明は、投影レンズを介してフォトマスク（以後、マスクと記す）のマスクパタンをウェハ面上に転写したとき、ウェハ面上で目的寸法が得られるように転写の忠実度を向上させる光近接効果補正方法に関する。

ＬＳＩの高集積化、微細化に伴い、マスクパタンをウェハ面上に転写したとき、パタンの寸法制御性の低下やパタン形状の変形などのパタン転写の忠実度の劣化が問題となっている。その劣化を防ぐ方法として、あらかじめマスクにウェハ面上への転写時の補正分を見込んだ設計が取り入れられている。このような処理を光近接効果補正（ＯｐｔｉｃａｌＰｒｏｘｉｍｉｔｙＣｏｒｒｅｃｔｉｏｎ；以後、ＯＰＣとも記す）と呼ぶ。光近接効果補正の手法としては、大きく分けて、図５に示すように、予め求めておいた補正ルールに基づき補正を行ういわゆるルールベースＯＰＣ手法と、図６に示すように、露光プロセスに伴う現象をモデル化したシミュレータを用いるモデルベースＯＰＣ手法とがある。

ウェハ面上での線幅が６５ｎｍ以降のＬＳＩにおいては、光学現象をシミュレーションで表現して補正分を算出するモデルベースＯＰＣが主流とされているが、フルチップに光学シミュレーションを適応するため、高速処理が可能な簡易化されたシミュレーションモデルが採用されている。このシミュレーションの大きな特徴は、マスクパタンを透過率と位相差のみで表現する平面モデルとして取り扱う手法を採用している２次元シミュレーションであり、例えば、キルヒホッフ（Ｋｉｒｃｈｈｏｆｆ）法などが用いられる。

しかし、現在主流のＡｒＦエキシマレーザを用いたリソグラフィでは、マスクパタン寸法が光源波長１９３ｎｍと同等以下となることで、マスク立体構造が無視できないほど大きな影響を与えるようになってきている。そのため、マスクの立体構造を考慮した３次元シミュレーションも一部で用いられている。３次元シミュレーションは、例えば、マスク内の光伝播をマクスウェル方程式の近似式を用いて導くものであり、ＦＤＴＤ法（時間領域差分法、有限差分時間領域法とも称する）などが用いられている（例えば、特許文献１、特許文献２参照）。

図７は、マスクの立体構造を考慮しない従来の平面モデルの２次元シミュレーション（キルヒホッフ法；Ｋｉｒｃｈｈｏｆｆ）で処理して得られたＯＰＣのバイアス値（補正値）を含むマスクパタン寸法であるマスクＣＤ（ＣｒｉｔｉｃａｌＤｉｍｅｎｓｉｏｎ）を示す図である。図７においては、４５ｎｍノード（最小ハーフピッチ６５ｎｍ）のマスクのパタンピッチを横軸、ＯＰＣ処理後のマスクの重要寸法であるマスクＣＤを縦軸に示し、パタンピッチごとにマスクＣＤを変え、パタンピッチが大きくなるほどマスクＣＤを太らせている。以降、本明細書においては、全ての寸法表記はウェハスケールで示す。

図８は、シミュレーションにより、上記のＯＰＣ処理したマスクを用い、ウェハ面上にパタン転写したときのウェハの重要寸法であるウェハＣＤ（縦軸）を示す図であり、横軸はパタンピッチである。２次元シミュレーション（以後、２Ｄとも記す）を用いた場合（図８の上側の直線；２Ｄ）には、シミュレーション上では、ウェハＣＤはパタンピッチに依存せずにほぼ一定であるかのように見て取れる。しかし、実際の転写においては、ＯＰＣの精度が低下するという問題を生じてしまう。一方、より厳密な３次元シミュレーション（以後、３Ｄとも記す）を用いた場合（図８の下側の直線；３Ｄ）には、ウェハＣＤの２次元シミュレーションと３次元シミュレーションとでは、最大５ｎｍもの誤差が生じている。この誤差は、マスクの立体構造に起因するものであり、２次元シミュレーションは計算が速くてパラメータが少なくても済むという利点はあるものの、６５ｎｍノード以降の微細パタンを有するマスク転写においてはマスクの立体構造に起因するＯＰＣエラーが相当に大きくなり、無視し得ないという問題によるものである。そこで、ＯＰＣの精度向上のため、マスクの立体構造の影響を組み込んだＯＰＣ手法が必要とされている。
特開２００６−３９５９４号公報特開２００６−２９２９４１号公報

しかしながら、従来の３次元シミュレーションは高精度で、マスクの立体構造にも対応できるという利点はあるが、たとえ今後のシミュレーション装置の処理能力向上を考慮したとしても、ＬＳＩのフルチップ全てに３次元シミュレーションを採用しＯＰＣ処理するということは、パラメータの増加と膨大な処理時間を必要とするために不可能に近いという問題がある。

また、一方、上記のＯＰＣエラーを補正する他の方法として、実転写との比較実験を併用する解決策も提案されているが、実転写を行うと、エラー分にプロセスによるエラーも含まれてしまい、その収束の難しさから光学モデルの精度低下が最終的なＯＰＣの精度低下につながってしまうという問題がある。

本発明は上記の問題点に鑑みてなされたもので、その目的とするところは、２次元シミュレーションに近い高速を維持しつつ、マスクの立体構造の影響を考慮でき、３次元シミュレーションに近い高精度が得られる光近接効果補正方法を提供することにある。

上記の課題を解決するために、請求項１の発明に係る光近接効果補正方法は、投影レンズを介してマスクパタンをウェハ面上に転写したとき、前記ウェハ面上で目的寸法が得られるように転写の忠実度を向上させる光近接効果補正方法において、ａ）３次元シミュレーションにより、前記ウェハ面上で前記マスクパタンの特定ピッチにおいて前記目的寸法が得られる前記ウェハ面上の光強度の閾値と、該光強度の閾値における前記マスクパタンの特定ピッチにおけるマスクパタン寸法（マスクパタン寸法１）とを求めるステップと、ｂ）３次元シミュレーションにより、前記特定ピッチで前記マスクパタン寸法１における、前記投影レンズが取り込める全回折光の光強度の和を求めるステップと、ｃ）２次元シミュレーションにより、前記特定ピッチと同一ピッチでマスクパタン寸法を変化させたとき、前記投影レンズが取り込める全回折光の光強度の和を求めるステップと、ｄ）前記マスクパタン寸法１における前記ステップｂ）の全回折光の光強度の和と前記ステップｃ）の全回折光の光強度の和とが等しくなる前記２次元シミュレーションのマスクパタン寸法（マスクパタン寸法２）を求めるステップと、ｅ）前記マスクパタン寸法２と前記マスクパタン寸法１との寸法差をバイアス値とするステップと、を含み、前記バイアス値を前記マスクパタンの前記特定ピッチにおける前記マスクパタン寸法１に用いて光近接効果補正の補正ルールとすることを特徴とするものである。

請求項２の発明に係る光近接効果補正方法は、請求項１に記載の光近接効果補正方法において、ｆ）前記マスクパタン寸法２で前記目的寸法を得られる前記ウェハ面上の光強度の閾値を新たに設定するステップと、ｇ）前記ステップｆ）で設定した光強度の閾値を基準として２次元シミュレーションを行い、前記マスクパタンに使用されている各ピッチ全体に対して前記目的寸法が得られるように前記各ピッチにおけるマスクパタン寸法を決定するステップと、ｈ）前記ステップｇ）で決定されたマスクパタン寸法全体に前記ステップｅ）の前記バイアス値を一律に施すステップと、を含むことを特徴とするものである。

請求項３の発明に係る光近接効果補正方法は、請求項１または請求項２に記載の光近接効果補正方法において、前記特定ピッチが、前記ウェハ面上で最も製造条件が厳しいピッチ、または多用されるピッチであることを特徴とするものである。

本発明の請求項１に記載の光近接効果補正方法によれば、高速な２次元シミュレーションを用いたままマスク立体構造の影響を考慮するための、マスクの立体構造の影響を考慮した３次元シミュレーションに近い高精度が得られる光近接効果補正を行うための補正ルールを見つけることができる。

本発明の請求項２に記載の光近接効果補正方法によれば、高速な２次元シミュレーションを用いたままマスク立体構造の影響を考慮することができ、マスクパタンのピッチ全体にわたり、目的寸法が得られる高精度の光近接効果補正を高速に行うことが可能となる。

本発明の請求項３に記載の光近接効果補正方法によれば、マスクパタンのＯＰＣ処理の主対象をウェハ面上で最も製造条件が厳しいピッチ、または多用されるピッチをとすることにより、必要とするピッチのＯＰＣ処理を高速、高精度で的確に行うことができる。

以下、図面に基づいて、本発明の実施形態に係る光近接効果補正方法について詳細に説明する。

（第１の実施形態）
図１は、本発明のＯＰＣ処理を行なうマスク概念図（図１−１）と、このマスクを用いてウェハ面上に転写したときのウェハ面上の光強度を示す説明図（図１−２）である。図１−１は、マスクパタンの平面図であり、パタン寸法１のパタン（斜線部）が特定ピッチで配置されている状態を示す。図１−２は、ウェハ面上のパタン位置（横軸）に対するウェハ面上の光強度（縦軸）を示す。

本発明の光近接効果補正方法は、まず３次元シミュレーションにより、図１−２に示すように、マスクパタンの特定ピッチにおいて被転写体であるウェハ面上で目的とする寸法（以後、目的寸法と記す）が得られるように、目的寸法となるウェハ面上の光強度の閾値を求める。図１−２に示すように、ウェハ面上の光強度は、マスクパタン寸法から一意に定まり、閾値を大きくするとウェハ面上の寸法は大きくなり、閾値を小さくするとウェハ面上の寸法は小さくなる。そこで、光強度をある閾値で切ると目的寸法となるように光強度の閾値を定め、この光強度の閾値におけるマスクパタンの特定ピッチにおけるマスクパタン寸法（本発明において、マスクパタン寸法１と称する）とを求める（ステップａ））。このとき、求めたマスクパタン寸法が実際のプロセスで製造可能な寸法かどうかの確認も合わせて行う。あるいは、求めたマスク寸法を利用することがウェハ面上でのプロセスで有利かどうかの判定も行なうことがある。シミュレーション上は、上記の光強度の閾値とマスクパタン寸法１とはほぼ同時に求めることができる。

マスクパターン寸法１を定めた後の一般的な光近接効果補正の一例として、マスクパタンの特定ピッチが１３０ｎｍのとき、ウェハ面上で目的寸法６５ｎｍとなる光強度の閾値を求める。このときのマスクパタン寸法（マスクパタン寸法１）は６５ｎｍとし、ウェハ面上で目的寸法が得られるよう光強度の閾値を設定する。しかし、マスクパタンのピッチが２６０ｎｍと大きくなると、上記と同じマスクパタン寸法と光強度の閾値では、ウェハ面上の寸法は３３ｎｍと小さくなってしまい目的寸法が得られなくなる。このピッチ２６０ｎｍの場合には、マスクパタン寸法を調整することにより、上記と同じ光強度の閾値で、ウェハ面上で目的寸法６５ｎｍが得られるマスクパタン寸法は９５ｎｍとなる。上記のように、シミュレーション上で、閾値による一定スライスレベルにより様々なピッチのマスク寸法が調整される。

図２は、特定ピッチでマスクパタン寸法（マスクＣＤ）を変化させたとき、投影レンズが取り込める全回折光の光強度の和を３次元シミュレーションにより求めた図であり、また、２次元シミュレーションにより、上記の特定ピッチと同一ピッチでマスクパタン寸法（マスクＣＤ）を変化させたとき、投影レンズが取り込める全回折光の光強度の和を求めた図でもある。

図２では、一例として、特定ピッチが１００ｎｍのときのマスクＣＤ（横軸）と全回折光の光強度の和（縦軸）を示し、下側の点線が３次元シミュレーションにおける全回折光の光強度の和を示し、上側の直線が２次元シミュレーションにおける全回折光の光強度の和を示す。全回折光は０次光と１次光としている。

本実施形態の一例として、図２に基づき、マスクパタン寸法１が４０ｎｍの場合について説明する。３次元シミュレーションにより、上記の特定ピッチかつマスクパタン寸法１において、投影レンズが取り込める全回折光の光強度の和を求める（ステップｂ））。マスクパタン寸法１（マスクＣＤが４０ｎｍの破線）と全回折光の光強度の和を示す直線（３Ｄ）との交点（Ｐ点）が、マスクパタン寸法１が４０ｎｍにおける全回折光の光強度の和を示す。図２では、説明の便宜上、上記の特定ピッチでマスクパタン寸法を変化させたときの投影レンズが取り込める全回折光の光強度の和を求めているが、本実施形態の場合にはマスクパタン寸法１だけを求めればよい。

上記のステップａ）、ステップｂ）における３次元シミュレーションとしては、例えば、シミュレーション・ソフトウェアとしてＥＭ−Ｓｕｉｔｅ（商品名：ＰａｎｏｒａｍｉｃＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙ社製）を用い、３次元シミュレーションにＴＥＭＰＥＳＴｐｒ２（ＥＭ−Ｓｕｉｔｅオプション）によるＦＤＴＤ法（時間領域差分法、有限差分時間領域法とも称する）などを用いることができる。

次に、２次元シミュレーションにより、上記の特定ピッチと同一ピッチでマスクパタン寸法を変化させたとき、投影レンズが取り込める全回折光の光強度の和を求める（ステップｃ））。図２における上側の直線（２Ｄ）が２次元シミュレーションにおける全回折光の光強度の和を示し、この場合も全回折光は０次光と１次光としている。

上記のステップｃ）における２次元シミュレーションとしては、例えば、シミュレーション・ソフトウェアとしてＥＭ−Ｓｕｉｔｅ（商品名：ＰａｎｏｒａｍｉｃＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙ社製）を用い、その２次元シミュレーションを用いることができる。

次に、上記のマスクパタン寸法１におけるステップｂ）の全回折光の光強度の和とステップｃ）の全回折光の光強度の和とが等しくなる２次元シミュレーションのマスクパタン寸法（マスクパタン寸法２）を求める（ステップｄ））。すなわち、図２において、Ｐ点と全回折光の光強度が等しい２次元シミュレーションによる全回折光の光強度の和を示すＱ点を求め、そのときのマスクパタン寸法２（マスクＣＤが４８ｎｍ）を求める。

次に、マスクパタン寸法１（４０ｎｍ）のマスクパタン寸法２（４８ｎｍ）に対する寸法差（−８ｎｍ）をＯＰＣのバイアス値とする（ステップｅ））。上記の様にして、２次元シミュレーションで、パタンピッチ１００ｎｍでマスクＣＤを４８ｎｍとすることによりＯＰＣの補正ルールとして構築することができる。

上記のように、本実施形態においては、特定ピッチのマスクパタン寸法の２次元シミュレーションの全回折光の光強度の和と３次元シミュレーションの全回折光の光強度の和を同じにすることにより、すなわち回折光強度を合わせることでマスクパターン寸法２を見つけることにより、２次元シミュレーションに近い高速を維持しつつ、マスクの立体構造の影響を考慮した３次元シミュレーションに近い高精度が得られる光近接効果補正を行うための補正ルールを見つけることができる。本実施形態では、３次元シミュレーションはパタン寸法として１点（上記の例では４０ｎｍ）のみに適用すればよいので、３次元シミュレーションによる負荷は小さく、ＯＰＣ処理の高速性は維持される。

（第２の実施形態）
上記の第１の実施形態ではマスクの特定ピッチにおけるＯＰＣ補正ルールの構築について説明したが、第２の実施形態として、マスクの他のパタンピッチも含めた使用されるピッチ全体にわたるスルーピッチの場合の光近接効果補正方法について説明する。

本実施形態においては、２次元シミュレーションを行い、上記特定ピッチの上記マスクパタン寸法２で目的寸法が得られるウェハ面上の光強度の閾値を新たに設定する（ステップｆ））。

次に、上記のステップｆ）で設定した光強度の閾値を基準として２次元シミュレーションを行い、マスクパタンに使用されている各ピッチ全体に対して上記の目的寸法が得られるように各ピッチにおけるマスクパタン寸法を決定する（ステップｇ））。この処理は、上記の第一の実施形態の段落（００１９）で示した一例と同様の処理が用いられる。

本実施形態においては、ステップｆ）、ステップｇ）は、上記のマスクパタン寸法２を含む十分に広い範囲に対して計算を行うが、必ずしもステップｅ）の続きではなくステップd）の続きで行い、ステップｆ）、ステップｇ）の後にステップｅ）を行っても良い。

図３は、マスクのパタンピッチを変えた場合のマスクパタン寸法（マスクＣＤ）を示す図であり、上側の実線（２Ｄ）が２次元シミュレーションにより求めたものである。パタンピッチ１００ｎｍのときは、上記の第１の実施形態におけるマスクパタン寸法２を示している。下側の点線（３Ｄ）はＯＰＣの精度検証のために同時に掲載した３次元シミュレーションにより求めたマスクＣＤであり、パタンピッチ１００ｎｍのときは、上記の第１の実施形態におけるマスクパタン寸法１を示している。図３に示されるように、２次元シミュレーションにより求めた各ピッチ毎のマスクＣＤの傾向は、３次元シミュレーションにより求めたマスクＣＤと近似している。

次に、図４に示すように、上記の図３に示す２次元シミュレーションにより得られたマスクパタン寸法全体に上記ステップｅ）で得られたバイアス値を一律に施し（ステップｈ））、ＯＰＣ処理を行う。図４では、バイアス値を−８ｎｍとして、パタン寸法全体を８ｎｍ細くしている。

図４に示すように、２次元シミュレーションを主体とした本発明の光近接効果補正方法は、３次元シミュレーションによる光近接効果補正の処理とほぼ一致し、各パタンピッチにおけるマスクパタン寸法を決定する高精度のＯＰＣ処理がなされていることが検証される。

（第３の実施形態）
上記のように、本発明の光近接効果補正方法において、上記の３次元シミュレーションを行う箇所は、１点のみであってもよい。そのため、高速に光近接効果補正を行うことができる。

本発明では、上記の特定ピッチとして任意のピッチを選ぶことができるが、第３の実施形態としては、ウェハ面上で最も製造条件が厳しいピッチ、または多用されるピッチを選ぶのが好ましい。例えば、特定ピッチとして製造条件が最も厳しいピッチを選び、基準となるマスクパタン寸法１を設定する。これに対して、上記の（第１の実施形態）または（第２の実施形態）に述べた光近接効果補正方法を同様に行うことで、ウェハ製造性が良くかつ高精度なＯＰＣ処理を実現することができる。あるいは、特定ピッチとして設計上最も多用されているピッチを定め、マスクパタン寸法１を設定することでも、製造効率を向上させることが期待できる。

本発明のＯＰＣ処理を行うマスク概念図（図１−１）と、このマスクを用いてウェハ面上に転写したときのウェハ面上の光強度を示す説明図（図１−２）である。本発明の３次元シミュレーションと２次元シミュレーションとによる全回折光の光強度の和の調整を示す図である。本発明のＯＰＣ処理を行いマスクのパタンピッチを変えた場合のマスクパタン寸法（マスクＣＤ）を示す図である。図３に示す２次元シミュレーションにより得られたマスクパタン寸法全体に上記のバイアス値を一律に施したＯＰＣ処理結果を示す図である。従来のルールベースＯＰＣ手法を示す模式図である。従来のモデルベースＯＰＣ手法を示す模式図である。従来の平面モデルの２次元シミュレーションで得られたパタンピッチごとのＯＰＣのバイアス値（補正値）を含むマスクＣＤを示す図である。図７に示すＯＰＣ処理したマスクを用い、ウェハ面上にパタン転写したときのシミュレーションによるパタンピッチごとのウェハＣＤを示す図である。

符号の説明

２Ｄ２次元シミュレーション
３Ｄ３次元シミュレーション
Ｋｉｒｃｈｈｏｆｆ２次元シミュレーションの一方法
Ｒｉｇｏｒｏｕｓ３次元シミュレーションの一方法
Ｐ点３Ｄによるマスクパタン寸法１における全回折光の光強度の和
Ｑ点２ＤによるＰ点と等しい全回折光の光強度の和

Claims

投影レンズを介してマスクパタンをウェハ面上に転写したとき、前記ウェハ面上で目的寸法が得られるように転写の忠実度を向上させる光近接効果補正方法において、
ａ）３次元シミュレーションにより、前記ウェハ面上で前記マスクパタンの特定ピッチにおいて前記目的寸法が得られる前記ウェハ面上の光強度の閾値と、該光強度の閾値における前記マスクパタンの特定ピッチにおけるマスクパタン寸法（マスクパタン寸法１）とを求めるステップと、
ｂ）３次元シミュレーションにより、前記特定ピッチで前記マスクパタン寸法１における、前記投影レンズが取り込める全回折光の光強度の和を求めるステップと、
ｃ）２次元シミュレーションにより、前記特定ピッチと同一ピッチでマスクパタン寸法を変化させたとき、前記投影レンズが取り込める全回折光の光強度の和を求めるステップと、
ｄ）前記マスクパタン寸法１における前記ステップｂ）の全回折光の光強度の和と前記ステップｃ）の全回折光の光強度の和とが等しくなる前記２次元シミュレーションのマスクパタン寸法（マスクパタン寸法２）を求めるステップと、
ｅ）前記マスクパタン寸法２と前記マスクパタン寸法１との寸法差をバイアス値とするステップと、
を含み、前記バイアス値を前記マスクパタンの前記特定ピッチにおける前記マスクパタン寸法１に用いて光近接効果補正の補正ルールとすることを特徴とする光近接効果補正方法。
前記請求項１に記載の光近接効果補正方法において、
ｆ）前記マスクパタン寸法２で前記目的寸法を得られる前記ウェハ面上の光強度の閾値を新たに設定するステップと、
ｇ）前記ステップｆ）で設定した光強度の閾値を基準として２次元シミュレーションを行い、前記マスクパタンに使用されている各ピッチ全体に対して前記目的寸法が得られるように前記各ピッチにおけるマスクパタン寸法を決定するステップと、
ｈ）前記ステップｇ）で決定されたマスクパタン寸法全体に前記ステップｅ）の前記バイアス値を一律に施すステップと、
を含むことを特徴とする光近接効果補正方法。
前記特定ピッチが、前記ウェハ面上で最も製造条件が厳しいピッチ、または多用されるピッチであることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の光近接効果補正方法。