(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
フォトレジストプロフィールを分析する方法であって、
第１の焦点設定に対するマスクの空間像が生成されて第１の空間像データ記録に格納され、
前記空間像データ記録は、フォトリソグラフィウェーハ露光を模擬するアルゴリズムに転送され、少なくとも２つの互いに異なるエネルギ照射量に対して、ウェーハの面に付加されたフォトレジスト層の露光及び現像が、各場合に前記空間像データ記録に基づいて模擬され、
前記ウェーハ面からの予め決められた高さにおいて、フォトレジストを持たない領域からフォトレジストを有する領域を分離するコンターが、各場合に判断され、その結果が、各場合に前記エネルギ照射量の各々に対して、前記エネルギ照射量をパラメータとして２次元コンターデータ記録として格納され、
前記コンターデータ記録は、組み合わされて、前記エネルギ照射量又は前記エネルギ照射量の関数を用いて、第３の次元として、３次元マルチコンターデータ記録を形成し、
前記マルチコンターデータ記録内の前記コンターにおけるゼロからゼロ以外の値への遷移に基づいて、前記マスク上の位置に依存する前記エネルギ照射量又は前記エネルギ照射量の関数の３次元の第１プロフィールが生成され、
前記プロフィール及び／又は前記プロフィールを通る断面が、出力され、及び／又はプロフィールデータ記録に格納され、及び／又は自動的に評価される、
ことを特徴とする方法。
【請求項２】
前記空間像は、フォトリソグラフィスキャナにおけるフォトレジスト層上への前記マスクの結像をエミュレートするエミュレーション結像系を用いて生成されることを特徴とする請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記空間像は、空間像シミュレーションアルゴリズムを用いて生成されることを特徴とする請求項１に記載の方法。
【請求項４】
異なる焦点設定での空間像が、生成されて組み合わされ、前記空間像データ記録内に３次元空間像を形成することを特徴とする請求項１から請求項３のいずれか１項に記載の方法。
【請求項５】
前記コンターは、前記シミュレーションから得られた前記データ記録の各々に対する前記フォトリソグラフィ露光のシミュレーションの後に、前記予め決められた高さにおいて前記ウェーハ面と平行に少なくとも１つの切断を実施することによって判断されることを特徴とする請求項１から請求項４のいずれか１項に記載の方法。
【請求項６】
前記フォトリソグラフィ露光の前記シミュレーションの後に、前記フォトリソグラフィ露光の前記シミュレーションから得られた前記データ記録からの予め決められた厚みを有する層が、予め決められた高さで前記ウェーハ面と平行に切り出され、前記コンターは、前記層厚にわたって平均を取ることによって判断されることを特徴とする請求項１から請求項５のいずれか１項に記載の方法。
【請求項７】
前記エネルギ照射量の各々に対する前記フォトリソグラフィ露光の前記シミュレーション中に、前記空間像データ記録は、ガウス関数による２次元畳み込みを受け、その結果に閾値関数が適用され、前記閾値関数は、フォトレジストが存在する時にはゼロ以外の値、及び他の場合はゼロを有する値を生じ、その結果は、各場合にコンターデータ記録内にコンターとして格納されることを特徴とする請求項１から請求項３のいずれか１項に記載の方法。
【請求項８】
更に別の焦点設定での更に別の空間像が、記録されて更に別の空間像データ記録として格納され、後者は、前記アルゴリズムに転送され、前記アルゴリズムは、更に別のコンターデータ記録、マルチコンターデータ記録、及び、続く更に別のプロフィールを生成し、前記プロフィールは、更に別のプロフィールデータ記録に格納され、及び／又は前記第１プロフィールと共に評価され、及び／又は全体的又は断面毎に出力されることを特徴とする請求項１から請求項７のいずれか１項に記載の方法。
【請求項９】
前記プロフィールに基づいて、焦点を変更する場合に前記コンターの位置にいかなる有意な変化も生じないピボット点が判断されることを特徴とする請求項１から請求項８のいずれか１項に記載の方法。
【請求項１０】
各プロフィールが、前記マスクの光透過領域を通じた前記露光に対して正規化されることを特徴とする請求項１から請求項９のいずれか１項に記載の方法。
【請求項１１】
ベクトル効果の結果としてのコントラスト損失が、各空間像データ記録を生成する時に考慮されることを特徴とする請求項１から請求項１０のいずれか１項に記載の方法。
【請求項１２】
前記フォトレジスト層の元の厚みの約１０％が、前記ウェーハ面から測定された高さとして予め決められることを特徴とする請求項１から請求項１１のいずれか１項に記載の方法。
【請求項１３】
連続的に少なくとも２つのマスクを用いた前記ウェーハの露光に適用する場合には、空間像データ記録が、両方のマスクに対して生成され、かつピクセル毎に前記第１の空間像データ記録へと加算されることを特徴とする請求項１から請求項１２のいずれか１項に記載の方法。
【請求項１４】
連続的に少なくとも２つのマスクを用いた前記ウェーハの露光が、
空間像データ記録が、両方のマスクに対して生成され、
最初に露光を達成するために用いられた前記マスクに関する前記空間像データ記録が、前記アルゴリズムに転送され、１つ又は複数の互いに異なるエネルギ照射量に対して、ウェーハの面に付加されたフォトレジスト層の露光及び現像が、各場合に前記空間像データ記録に基づいて模擬され、
その後に露光を達成するために用いられた前記マスクに関する前記空間像データ記録が、前記アルゴリズムに転送され、１つ又は複数の互いに異なるエネルギ照射量に対して、ウェーハの面に付加されたフォトレジスト層の前記露光及び現像が、各場合に前記空間像データ記録に基づいて模擬され、得られるデータが、一緒に呈示される、
という理由で、焦点設定に関して考慮される、
ことを特徴とする請求項１から請求項１２のいずれか１項に記載の方法。
【請求項１５】
フォトリソグラフィ処理を分析する方法であって、
少なくとも２つのエネルギ照射量に対して、ウェーハが、マスク及び投影露光デバイスを用いて露光及び現像され、その結果、レジストプロフィールが生成され、
前記レジストプロフィールは、走査されてレジストプロフィールデータ記録として電子的に格納され、
前記レジストプロフィールデータ記録に基づいて、フォトレジストを持たない領域からフォトレジストを有する領域を分離するコンターが、各場合に判断され、その結果が、各場合に前記エネルギ照射量の各々に対して、前記エネルギ照射量をパラメータとして２次元コンターデータ記録として格納され、
前記コンターデータ記録は、組み合わされて、前記エネルギ照射量又は前記エネルギ照射量の関数を第３の次元とした３次元マルチコンターデータ記録を形成し、
前記マルチコンターデータ記録内のコンターにおけるゼロからゼロ以外の値への遷移に基づいて、前記マスク上の位置に依存する前記エネルギ照射量又は前記エネルギ照射量の関数の３次元プロフィールが生成され、
前記プロフィール及び／又は前記プロフィールを通る断面が、出力され、及び／又はプロフィールデータ記録に格納され、及び／又は自動的に評価される、
ことを特徴とする方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、フォトリソグラフィウェーハ露光が模擬されるフォトリソグラフィのためのマスクを分析する方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
プロセッサ及び同じく益々最近では互換的記憶媒体におけるコンピュータ技術に用いられるような半導体構造の製造において、その開発は、同じ区域上に更に小さい構造を作り出す傾向にある。現在利用可能なコンピュータチップは、約３０個の互いに重ね合わせる異なる層から成り、いわゆる特徴部の機能構造のサイズは、約４５ｎｍである。これらの特徴部を製造するのに用いられるフォトリソグラフィマスクは、相応に高い精度で製造すべきである。この場合、ウェーハは、３０回まで露光されるが、各層には異なるマスクが必要である。
【０００３】
フォトリソグラフィのためのマスクのリソグラフィ条件下での分析及び最終検査では、例えば、「Ｃａｒｌ  Ｚｅｉｓｓ  ＳＭＳ  ＧｍｂＨ」からのＡＩＭＳを利用した空間像分析が古くから公知であり、かつ確立されている。この場合、マスクは、後にフォトリソグラフィに用いられることになるものと同じ露光設定及び波長を用いて露光される。マスク構造がウェーハ上に大幅に縮小されて結像されるフォトリソグラフィとは対照的に、ＡＩＭＳは、検出ユニット、例えば、ＣＣＤカメラ上に結像されてデジタル化及び格納される拡大空間像を生成するように用いられる。この場合、空間像は、フォトリソグラフィスキャナにおいてフォトレジスト層上に生成されることになる像に対応する。従って、高価な一連の試験体を露光する必要はなく、ＡＩＭＳを利用して正しいリソグラフィ挙動を得てマスクを精査することができる。
【０００４】
一連の試験体を不要にすることを可能にする様々な方法が、例えば、ＤＥ１９７，５７，６９６Ｂ４に説明されている。この文献に開示されているシミュレーション法では、本物のマスクを一切用いる必要はなく全ての段階が模擬される。最初に、マスクの空間像に対応する仮想像又は中間像が計算される。この目的のために、計算のためのマスクレイアウトが用いられる。この場合、このマスクレイアウトは、フォトレジストの露光のシミュレーションに影響を与える。仮想像から入力データを生成するために、この像に対して閾値モデルが適用され、この閾値モデルは、像内のある一定の位置にマスク構造が存在するか否かの結果をもたらす。次に、フォトレジスト層の現像のシミュレーションが、閾値に依存して実施される。ポジ型フォトレジストの場合には、現像は、閾値を超えるとフォトレジストが全て溶解又は消耗し、それに対して中間像内の強度値が閾値を下回って存在する位置では、フォトレジストが残留することを意味する。この極めて単純なモデルは、ＤＥ１９７，５７，６９６Ｂ４に説明されている発明により、最初に空間像を模擬し、次に、この空間像を露光処理においてフォトレジストから発生する酸の分布の方式で考察する点で改善されている。それによって露光の後に発生する硬化処理における酸の拡散に対処した拡散中間像が生じる。最後に、この拡散中間像は、フォトレジスト内のコンター（contour）の予想サイズを調整することができるように閾値モデルに変換される。この１つの方法の利点は、Ｚ方向に沿った拡散をも含む３次元フォトレジスト層の露光及び現像に対処した全体処理を模擬する必要がない点である。酸の分布又はフォトレジスト層は、２次元平面によって近似され、すなわち、フォトレジスト層は、極めて肉薄であると仮定され、この仮定は、大幅な近似である。
【０００５】
ＵＳ７，０７２，５０２Ｂ２は、位相シフトマスク（ＰＳＭ）を精査する方法を説明している。この方法は、後にフォトレジストの露光及び現像のシミュレーションに用いられるいくつかのマスク空間像を記録する段階を含む。これらの空間像は、異なる焦点設定において記録されることにおいて基本的に異なる。異なるＦｏｋｉにおいて記録された像又はそこから模擬された露光に基づくと、マスク上の欠陥に関する結論を導出することは不可能である。この場合、ウェーハ露光のシミュレーションは３次元である。
【０００６】
従来技術で公知の方法は、マスクを大体正確に分析することを可能にする。しかし、一部の事例、例えば、空間像における異なる焦点のスタックが、異なるエネルギ照射量、すなわち、単位面積当たりにウェーハ面上に入射するエネルギに対して記録される場合、及び例えば処理ウィンドウを判断するために、各焦点のスタックに対して露光シミュレーションが実施される場合には、シミュレーションの結果の評価は極めて複雑である。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】ＤＥ１９７，５７，６９６Ｂ４
【特許文献２】ＵＳ７，０７２，５０２Ｂ２
【特許文献３】ＤＥ１０，２００４，０３３，６０３Ａ１
【特許文献４】ＤＥ１０，２００４，０３３，６０２
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
本発明の目的は、分析を簡素化かつ加速させる効果を達成するためにフォトリソグラフィのためのマスクを分析する方法を更に発展させることである。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
この目的を達成するフォトリソグラフィのためのマスクを分析する方法は、以下の段階を含む。
最初に、第１の焦点設定においてマスクの空間像が生成され、空間像データ記録に格納される。空間像データ記録は、フォトリソグラフィウェーハ露光をシミュレート(模擬)するアルゴリズムに転送される。フォトリソグラフィウェーハ露光のそのようなシミュレーションは、ウェーハの面に付加された予め決められた厚みを有するフォトレジスト層の露光及び現像を予め決められた露光パラメータ、特に、予め決められたエネルギ照射量に対して模擬することである。このアルゴリズムは、空間像データ記録に基づいて、フォトレジスト層がウェーハ上の特定の位置で露光される程度をもたらすことができる。アルゴリズムは、特に、フォトレジストの化学処理及び現像を模擬する。一般的な場合、シミュレーションの結果は、原理的に、現像が再生した後のウェーハ上のフォトレジスト層の３次元プロフィールに対応する。本発明による方法では、次に、少なくとも２つの互いに異なるエネルギ照射量に対してシミュレーションが実施される。次に、ウェーハ面からの予め決められた高さにおいて、フォトレジストを持たない領域からフォトレジストを有する領域を分離するコンターが各場合に判断される。その結果であるコンターは、各場合にエネルギ照射量をパラメータとして有する２次元コンターデータ記録として格納される。
【００１０】
この場合、空間像は、様々な手法で生成することができる。１つの従来的な極めて正確な方法は、フォトリソグラフィスキャナにおけるフォトレジスト層上へのマスクの結像をエミュレートするエミュレーション結像系を用いて空間像を生成することである。そのようなエミュレーション結像系は、例えば、「Ｃａｒｌ  Ｚｅｉｓｓ  ＳＭＳ  ＧｍｂＨ」からのＡＩＭＳである。一般的に、この特殊顕微鏡では、例えば、波長、偏光、マスク側開口数に関して同じ設定が用いられる。しかし、これは必須ではなく、より単純な構成の顕微鏡を用いることができ、この場合、それに伴って精度に関して低い期待値を受け入れる必要があろう。
別の可能性は、露光のみを模擬するのではなく、空間像シミュレーションアルゴリズムを用いて空間像をも模擬することである。そのようなプログラムも同様に市販で入手可能であり、マスク設計ファイルに格納されたマスクレイアウト、又は実際に存在するマスクの測定された構造のデータを用いる。
【００１１】
ウェーハ露光のシミュレーションのためのプログラム、例えば、「Ｓｙｎｏｐｓｙｓ  Ｉｎｃ．」からの「Ｓｏｌｉｄ  Ｅ」、「Ｐａｎｏｒａｍｉｃ  Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ」からのＰａｎｏｒａｍｉｃｓ、又は「ＫＬＡ  Ｔｅｎｃｏｒ」からのＰｒｏｌｉｔｈが、市販で入手可能である。そのようなフォトレジストシミュレーションの１つの単純な構成は、最初の段階でガウス関数による３次元畳み込みを空間像データ記録のデータに適用することに基づくものであり、それによって強度分布が修正される。この修正は、特に、フォトレジスト内の拡散、すなわち、露光及び現像中の露光粒子と未露光粒子との混合に対処する。しかし、この場合、予め決められた高さにあるフォトレジスト層のみを対象とするので、畳み込みもこの領域に制限することができ、すなわち、ウェーハ面に対して垂直な拡散に対処しなくてもよく、言い換えれば、鉛直成分のないガウス関数による２次元畳み込みで十分である。それによって結果の精度は若干しか低下しない。それにも関わらず、フォトレジスト層は、ウェーハ面から測定してある一定の高さ、例えば、フォトレジスト層の全体の厚みの５％〜１５％の範囲の高さ、すなわち、ウェーハ面上ではないが、文字通りその近くに置かれるので、純粋に２次元のフォトレジスト層に対する差が存在する。従って、フォトレジストの面ではなく、それより深い位置に位置する上述の層をも露光するのに必要とされる時間を同様に算入すべきである。例示的に、吸収されるエネルギ及び焦点位置は、フォトレジスト層の深さによって影響を受ける。これは、ＤＥ１９７，５７，６９６Ｂ４に説明されているモデルに対する重要な相違点である。２次元畳み込みの後に第２の段階として、フォトレジストが存在する時にはゼロとは異なる値を有し、他の場合はゼロを生じる閾値関数が適用された場合には、その結果は、ウェーハ面上の高さには依存せず、従って、結果を２次元でコンターデータ記録内に直接格納することができる。
【００１２】
この単純化を行う２次元近似を用いるという要求がない場合には、異なる焦点設定における空間像を生成し、記録又は模擬し、空間像データ記録内で組み合わせることができ、それによって範囲が光軸に対して平行にフォトレジスト層の下面から上面まで延びる３次元空間像が形成される。この場合、相応に焦点位置を公知の方式で変換しなければならず、その際に結像スケール及び同じくフォトレジストの屈折率に対処すべきである。異なる焦点設定を有する空間像を僅かな数しか利用することができない場合には、これらの空間像の間で内挿を行うか、又は更にこれらの空間像の外側で外挿を行うことができる。
【００１３】
原理的には、当然ながら最初に３次元のフォトレジストプロフィールを計算し、次に、このプロフィールを用いて作業を続けることができる。次に、全ての３つの空間方向におけるシミュレーションにおいて、シミュレーションから得られたデータ記録の各々に関する写真露光シミュレーションの後に、予め決められた高さにおいてウェーハ面に対して平行に少なくとも１つの断面の形成を実施することによってコンターを判断することができる。
更に１つの高さにおいてだけではなく、シミュレーションから得られたデータ記録の各々において、言わば層が切り出されるように、予め決められた高さ付近の予め決められた厚み範囲の複数の高さにおいて断面形成を実施することができる。その後、層の厚みにわたって平均を取ることによってコンターが判断され、コンターデータ記録に格納される。
【００１４】
少なくとも２つのコンターデータ記録が生成されると、これらの記録は、組み合わされ、処理閾値又はエネルギ照射量の逆数を第３の次元として有する３次元マルチコンターデータ記録が形成される。マルチコンターデータ記録内のコンターにおけるゼロからゼロ以外の値への遷移に基づいて、マスク上の位置に依存するエネルギ照射量の３次元プロフィールが生成される。有利なことには、エネルギ照射量の代わりに、エネルギ照射量の逆数、又はマスク上の位置に依存するエネルギ照射量のあらゆる他の関数を結果として出力するか又は第３の次元として用いることができる。そのようなマルチコンターデータ記録は、８０個又はそれよりも多くのコンターデータ記録から構成することができる。コンターの縁部は、プロフィールを判断するのに用いられ、例えば、多次元多項式によって近似することができる。
【００１５】
エネルギ照射量の逆数は、いわゆる処理閾値に比例する。０．２５という処理閾値は、構造なしのマスクの領域上に入射する光のうちの１／４がフォトレジスト層を現像するのに十分であることを意味する。露光時間が常に同じである場合には、この処理閾値は、高い照射量に対応し、すなわち、同様に高い強度に対応する。次に、このプロフィール又はこのプロフィールを通る断面は、出力され、及び／又はプロフィールデータ記録に記憶され、及び／又は自動的に評価することができる。例示的に、空間像記録との直接的な比較を実施することができる。この目的のためには、空間像データ記録及びプロフィールの両方が、マスクの光透過領域を通じた露光に対して正規化されると有利である。得られるプロフィールは、ウェーハ上のフォトレジスト層の空間プロフィールではなく、有効空間像、すなわち、フォトレジスト層を露光するエネルギ照射量に依存するウェーハ上のフォトレジストプロフィールに対応する。これから、一例として、エネルギ照射量の変更時に臨界寸法が如何に変化することになるかを即座に推定することができ、他の処理変数の挙動を推定することができる。
シミュレーション中に生成されるデータは、専らプロフィールを形成する更に別の処理において利用できるだけではなく、更に別の評価に向けて更に別のアルゴリズムに転送することができることは言うまでもない。
【００１６】
好ましくは、各空間像データ記録を生成する時に、ベクトル効果の結果としてコントラスト損失も考慮される。これは、その開示が明示的に本明細書に組み込まれている例えば特許群：ＤＥ１０，２００４，０３３，６０３Ａ１、ＤＥ１０，２００４，０３３，６０２に説明されているように、空間像を生成する時に計算及び光学測定の両方によって達成することができる。従って、ベクトル効果は、空間像データ記録がアルゴリズムに転送される前に既に考慮されており、このために、シミュレーションを実施する対象及び従ってコンターデータ記録を生成する対象であるエネルギ照射量の数に関係なく、各空間像に対して一度計算するだけでよい。
【００１７】
本発明の１つの好ましい構成では、更に別の焦点設定において更に別の空間像が記録され、すなわち、焦点のスタックが生成される。これらの更に別の空間像は、更に別の空間像データ記録として格納され、アルゴリズムに転送される。アルゴリズムへの転送により、更に別のコンターデータ記録、マルチコンターデータ記録、及びその後に更に別のプロフィールが生成され、これらのプロフィールは、更に別のプロフィールデータ記録に格納され、及び／又は最初に判断されたプロフィールと共に評価され、及び／又は全体的又は断面的に出力される。焦点設定の各々では、焦点は異なって設定され、すなわち、各場合の焦点面は、異なる位置に位置し、特に、フォトレジスト層の外側に位置することができる。エネルギ照射量の対応する変化によるシミュレーションが、各場合の焦点面において記録された各空間像に適用され、対応するプロフィールが生成される。次に、これらのプロフィールに基づいて、更に別の評価、例えば、処理閾値に依存する線幅の図式的表示、Ｂｏｓｓｕｎｇ曲線表示、処理ウィンドウの分析、又はピボット点、すなわち、変化する焦点の場合にコンターの位置にいかなる有意な変化も発生しない照射量の判断を実施することができる。従って、エネルギ照射量の変更時に、いかなる追加経費もなしに、焦点ぼけがコンターの範囲及びそこから導出される臨界寸法に影響を及ぼす範囲に関する説明が同様に得られる。
【００１８】
本発明による方法は、例えば、二重パターン形成中に用いられるもののようなウェーハの多重露光に適用することができる。この場合、ある一定の焦点設定において、少なくとも２つのマスクを連続して用いるウェーハの露光は、両方のマスクに対して空間像データ記録が生成され、ピクセル毎に空間像データ記録へと加算されることを意味する。従って、フォトレジスト層は、現像される前に言わば２度露光される。別の可能性は、両方のマスクに関する空間像データ記録を生成することである。この場合、露光を行う上で最初に用いられたマスクに関する空間像データ記録がアルゴリズムに転送され、１つ又は複数の互いに異なるエネルギ照射量に対して、ウェーハの面に適用される露光及び現像が、各場合にこの空間像データ記録に基づいて模擬される。次に、露光を行う上で次に用いられたマスクに関する空間像データ記録が、アルゴリズムに転送され、対応する手順が、１つ又は複数のエネルギ照射量に対して同様に用いられる。その後、シミュレーションから得られるデータが合わせて示され、組み合わされてデータ記録が形成され、及び／又は更に処理される。好ましくは、露光を行う上で最初に用いられたマスクの空間像記録から生成されるデータが各場合に考慮される。これは、第１のマスクを用いた露光の後、かつ第２のマスクを用いた露光の前の新しいフォトレジスト層の付加に対応する。これは、第１の露光の後にエッチング処理が模擬され、従って、ウェーハ面がもはや平坦ではない時に特に適切である。
【００１９】
最後に、フォトリソグラフィ処理のためのマルチコンターデータ記録の表示又は評価に基づく上述の分析は、本物のレジストプロフィールを用いて実施することができる。この目的のために、ウェーハは、マスク及びスキャナのような投影露光デバイスを用いて少なくとも２つのエネルギ照射量において露光され、次に、現像され、各新しい露光の前にフォトレジスト層が更新されるか、又はそうでなければウェーハの異なる位置が用いられる。現像の後に、発生したレジストプロフィールは、例えば、走査電子顕微鏡（ＳＥＭ）を用いて走査される。その結果は、各場合にレジストプロフィールデータ記録に格納される。レジストプロフィールデータ記録に基づいて、フォトレジストを持たない領域からフォトレジストを有する領域を分離するコンターが判断され、その結果は、各場合に２次元コンターデータ記録として格納される。その後、コンターデータ記録が組み合わされて３次元マルチコンターデータ記録が形成され、上述の方式で表示及び／又は評価される。
上述の特徴及び下記で更に説明する特徴は、指定した組合せだけではなく、本発明の範囲から逸脱することなく他の組合せ又は単体で用いることができることは言うまでもない。
以下には本発明に不可欠な特徴をも開示する添付図面を例示的に参照して、本発明をより詳細に説明する。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１】エネルギ照射量の逆数に関するマスクプロフィールを作成するための段階を示す図である。
【図２】プロフィールの平面図である。
【図３】図１からのプロフィールとマスクに対して記録された空間像との比較を示す図である。
【図４】異なる焦点設定における複数のプロフィールを示す図である。
【図５】従来技術による露光の図である。
【発明を実施するための形態】
【００２１】
フォトリソグラフィのためのマスクを分析する方法では、第１の段階は、ある一定の焦点設定においてマスクの空間像を記録する段階を含む。この場合、焦点は、ウェーハに付加されたフォトレジスト層の領域内に実際に位置する平面に置かれる。次に、像はデジタル化され、空間像データ記録に格納される。次に、この空間像データ記録は、フォトリソグラフィウェーハ露光を模擬するアルゴリズムに転送される。エネルギ照射量、すなわち、単位面積当たりのエネルギ入射量のような予め決められたパラメータによっては、ウェーハの面に付加され、予め決められた厚みを有するフォトレジスト層の露光及び現像が模擬される。この場合、空間像データ記録は、フォトレジスト層上で光が入射する位置と光が入射しない位置とを定める。次に、フォトレジストの種類に依存して露光及び現像が模擬される。ポジ型フォトレジストの場合には、これは、露光された位置が、現像中に洗い流されるか、又はエネルギ照射量に依存してフォトレジストがなくなることを意味する。エネルギ照射量が十分に高くない場合には、フォトレジストは残留する。ネガ型フォトレジストは、現像中にフォトレジストの未露光区域のみが剥離するか又はエネルギがそのような程度にしか入射しなかった露光区域が剥離するように、露光時に硬化するか又は化学的に安定した状態になることによって区別される。更に、露光の後、現像の前、及び／又は現像中にフォトレジストのうちの露光された成分は、依然としてある一定の距離、いわゆる拡散長だけ移動する可能性がある。この移動は、像のある一定のぼけを引き起こす。図１ａは、予め決められたエネルギ照射量Ｄに対して、例えば、ウェーハ上のフォトレジスト層の通例の３次元プロフィールをウェーハ面上の予め決められた方向に沿った断面、例えば、Ｘ−Ｚ断面で例示している。この場合、ネガ型フォトレジストが含まれ、すなわち、エネルギ照射量が高くなる程、より多くのフォトレジストが、原理的にウェーハ層上の縁部に残留する。
【００２２】
この場合、空間像は、様々な手法で生成することができる。１つの従来的で極めて正確な方法は、フォトリソグラフィスキャナにおけるフォトレジスト層上へのマスクの結像をエミュレートするエミュレーション結像系を用いて空間像を生成することである。そのようなエミュレーション結像系は、例えば、「Ｃａｒｌ  Ｚｅｉｓｓ  ＳＭＳ  ＧｍｂＨ」からのＡＩＭＳである。
別の可能性は、露光を模擬するだけでなく、空間像シミュレーションアルゴリズムを用いて空間像をも模擬することである。異なる焦点設定において記録された空間像に基づく３次元空間像の生成もある。更に、１つの高さにおいてだけではなく、シミュレーションから得られるデータ記録の各々において、言わば層が切り出されるように、予め決められた高さ付近の予め決められた厚み範囲の複数の高さにおいて断面形成を実施することができる。次に、層の厚みにわたって平均を取ることによってコンターが判断され、コンターデータ記録に格納される。
【００２３】
本明細書に説明する方法では、次に、少なくとも２つの互いに異なるエネルギ照射量に対してシミュレーションが実施され、シミュレーション中に生成されるデータ記録から、ウェーハ面からの予め決められた高さにおいて、フォトレジストを持たない領域からフォトレジストを有する領域を分離するコンターが判断される。その結果は、各場合に、パラメータとしてエネルギ照射量を有する２次元コンターデータ記録として格納される。
【００２４】
図１ａに示している３次元フォトレジストプロフィールの場合には、コンター又はコンターデータ記録を得るためには、予め決められた高さにおいてプロフィールを通る少なくとも１つの断面を作成するだけで十分である。更に、１つの高さにおいてだけではなく、シミュレーションから得られるデータ記録の各々において、言わば層が切り出されるように、予め決められた高さ付近の予め決められた厚み範囲の複数の高さにおいて断面形成を実施することができる。その後、コンターは、層の厚みにわたって平均を取ることによって判断され、コンターデータ記録に格納される。
【００２５】
このようにして、例えば、図１ｂに示しているコンターを含む２次元コンターデータ記録が得られる。例示的に、ウェーハ面から測定してフォトレジスト層の元の厚みの約１０％の値を高さとして予め判断することができる。更に別の分析では、この高さは、例えば、元の厚みの９０％の値よりも現実に近い。この場合、１０％は単なる近似値であり、元の厚みの５％又は１５％の値を有する高さのずれ規定も同様に可能であり、これらの値を用いて現実的な結果を同様に得ることができる。
【００２６】
コンターが判断され、従って、現像中の３次元フォトレジスト構成の挙動の完全なシミュレーションが必要であるという理由から、原理的にウェーハ露光のシミュレーションのためのアルゴリズムは、様々な点で単純化することができる。それに伴って、一例として面に対して垂直な空間拡散を無視することができる。これは、シミュレーション中に入力データのガウス関数による３次元畳み込みが起こる通例の手順と比較すると、この場合にはコンターのみが重要であるから、２次元畳み込みしか必要ではないという効果を有する。例えば、Ｄｉｌｌによるフォトレジストシミュレーション、すなわち、Ａ＝１−ｅｘｐ（−Ｉ空間像Ｃ−Ｄ）−Ｂという形式の式が条件として要求される場合には、関数Ａのガウス関数による３次元畳み込みから生じる抑制剤濃度は、拡散の説明において重要である。この場合、Ｉ空間像は、フォトレジスト内の光分布の強度である。Ｃは、ＤｉｌｌモデルからのパラメータＣであり、フォトレジストの受光感度を規定する。Ｄは、露光のエネルギ照射量である。最後に、Ｂは、フォトレジスト内の基部の濃度であり、Ａは、生成された光酸の濃度である。変数Ａ及びＢは、露光前の光酸生成剤の初期濃度に対して正規化される。従って、コンターは、高さに依存しないので、シミュレーションから直接生じる。
【００２７】
この単純化する２次元近似を用いるという要求がない場合には、異なる焦点設定における空間像を生成し、記録又は模擬し、第１の空間像データ記録内で組み合わせることができ、それによって範囲が光軸に対して平行にフォトレジスト層の下面から上面まで延びる３次元空間像が形成される。この場合、相応に焦点位置を公知の方式で変換しなければならず、その際に結像スケール及び同じくフォトレジストの屈折率に対処すべきである。異なる焦点設定を有する空間像を僅かな数しか利用することができない場合には、これらの空間像の間で内挿を行うか、又は更にこれらの空間像の外側で外挿を行うことができる。
【００２８】
現像の終了後のコンターのみが重要であるから、抑制剤濃度に応じて、フォトレジストを現像する時間及び速度に依存するフォトレジストを現像する段階を無視することができる。その代わりに光酸に対する閾値が規定される。ポジ型フォトレジストでは、この閾値の規定は、拡散の後に光酸の濃度がある一定の閾値濃度を超えた位置ではフォトレジストが剥離し、そうでなければフォトレジストが残留することを意味する。ネガ型フォトレジストでは状況が逆転する。上述のことによって計算の有意な高速化が生じるが、空間像データ記録を生成する時にベクトル効果の結果としてのコントラスト損失に対処した場合には、ここでもまた、幾分比較的なものになる。しかし、ベクトル効果は、各空間像に対して一度計算するだけでよい。各エネルギ照射量に関する別々の計算は必要ではない。
【００２９】
少なくとも２つの一連のそのようなコンターデータ記録が判断された場合、空間像から生成されたコンターデータ記録は、組み合わせることができ、エネルギ照射量又はエネルギ照射量の逆数のようなエネルギ照射量の関数を第３の次元として有する３次元マルチコンターデータ記録が形成される。このマルチコンターデータ記録は、例えば、層のスタックの３次元図、又は図１ｃに例示しているようにこの層のスタックを通る２次元断面として既に図式的に表示されたものとすることができる。この例にはネガ型フォトレジストが含まれ、すなわち、高い照射量ではフォトレジスト層全体が露光され、従って、現像液の作用下で非可溶になる。これを図１ｃの下部の実線で例示している。上に重なる線区画は、低いエネルギ照射量において生成されるもののようなコンターに対応し、その上に重なる線区画は、更に低いエネルギ照射量において生成されるコンターに対応し、照射量が低く、現像中にフォトレジスト全体が除去されるまで以降同様に続く。図１ｃでは、明瞭化のために４つの線しか例示していないが、実際には、例えば、８０又はそれよりも多くのエネルギ照射量に関するコンターを比較的迅速に事実上実時間で生成することができ、それによって精度が高まる。
【００３０】
次に、第１のマルチコンターデータ記録内のコンターにおけるゼロからゼロ以外の値への遷移に基づいて、マスク上の位置に依存するエネルギ照射量、又はエネルギ照射量の逆数のようなエネルギ照射量の関数の３次元プロフィールが生成される。これを図１ｄにより詳細に例示している。コンターにおけるゼロからゼロ以外の値への遷移は、コンターの縁部を判断する。このプロフィールは、例えば、コンターの縁部にあるデータ点を多次元多項式を用いた近似における支持点として用いることによってこれらのコンターを取り囲むように選択される。この場合、コンターの縁部は、全てプロフィール上に位置する。
【００３１】
最終段階では、プロフィール及び／又はプロフィールを通る断面が出力される。これを図１の例に対して、ウェーハの面上のある方向に沿ってこのプロフィールを通る断面である図１ｅに例示している。
プロフィールは、プロフィールデータ記録内に３次元データ記録として格納することができることは言うまでもなく、更に別の処理も、対応する評価アルゴリズムを用いて特に自動的に可能である。例示的に、プロフィールからエネルギ照射量の逆数に比例する処理閾値に依存する臨界寸法を判断することができ、処理ウィンドウ、ＮＩＬＳ表示（ＮＩＬＳ＝正規化像対数勾配）、Ｂｏｓｓｕｎｇ曲線のような判断も可能である。図２は、３次元プロフィールの平面図を、等高線を有するトポグラフィマップの構成と類似の方式で示しており、３次元プロフィールを図式的に容易に表示することができるように、例示しているコンター又は等高線の各々は、エネルギ照射量又は処理閾値に対応する。
【００３２】
ウェーハ面からの約１０％の所定の高さは、判断された全てのコンターにおいて同じであるから、全体的に、従って、照射量に依存するフォトレジストの最低層の挙動を反映するプロフィールが得られ、これをいわゆる有効空間像とも呼ぶ。
図１ｅに示している有効空間像は、図３に例示しているように、マスクの空間像と直接比較することができる。既に図１で基準として取ったウェーハ面上の方向をｎｍでＸ軸上にプロットしている。例えば、「Ｃａｒｌ  Ｚｅｉｓｓ」からのＡＩＭＳを用いて生成することができる空間像を通る断面を破線で提供しており、その発生を上述したプロフィールを実線で表示している。この場合、両方の曲線に対していわゆる透明正規化を付加的に実施しており、空間像とプロフィールの両方が、構造を持たないマスクにおける光透過領域を通じた露光に対して正規化され、左に示しているスケール、正規化強度、及び正規化処理閾値の逆数をグラフで表示することができるようにしている。Ｙ軸上の１という値は、照射量が、構造のないマスクの領域を通過する光がフォトレジストを露光するのにかろうじて十分なマグニチュードのものでしかないことを意味する。０．２５という処理閾値又は強度は、構造のない領域を通過する光のうちの１／４でさえも、フォトレジストを相応に露光するのに十分であることを意味する。この場合、照射量は、１という値の場合の４倍高い。拡散に起因して、有効空間像におけるコントラストは低い。拡散は、図３のグラフの右手側の幅広の構成における平滑化をも引き起こす。一般的に、拡散長は約１５ｎｍであり、この値は、予め固定的に判断することができるが、拡散長に関する値を入力することをユーザの自由裁量にまかせることができる。拡散長の値は、有効空間像が、異なる構造サイズ及び周期的間隔に対して実際のレジスト像の挙動に可能な限り良好に対応するように較正することができる。有利な態様においては、この較正は、用いるべき各種類のフォトレジストに対して個々に行われる。
【００３３】
以上の説明は、１つの焦点設定における第１の空間像からのプロフィールの生成を含んでいたのに対して、更に別の焦点設定において更に別の空間像を記録し、これらを更に別の空間像データ記録として格納することを有利であるとすることができる。次に、これらの更に別の空間像データ記録は、アルゴリズムに転送され、更に別のコンターデータ記録、マルチコンターデータ記録、及びその後に更に別のプロフィールが生成され、更に別のプロフィールは、更に別のプロフィールデータ記録に格納され、及び／又は最初に計算されたプロフィールと共に評価され、及び／又は第１のプロフィールと共に又は断面毎に出力される。これを例えば図４に例示している。破線は、例えば、ＡＩＭＳを用いて生成することができる空間像から直接得られた焦点スタックに対応する。実線は、上述の方法を用いて得られたプロフィールに対応する。測定が実施される各焦点面は、フォトレジスト層内でウェーハの面から測定される高さに対応する。最も大きい振幅を有するプロフィール又は曲線は、いわゆる最良の焦点面に対応し、他の曲線は、対物系までの距離に関して焦点の若干外側又は内側に位置する。
【００３４】
従来技術では、焦点設定及びエネルギ照射量が特定の範囲内で変更される一連の測定又はシミュレーションを実施し、図５に示しているように、焦点が一方の方向に変化し、エネルギ照射量が他方の方向に変化する図式マトリックスとして結果を表示することが通例である。この表示からは、例えば、線幅のような特定のパラメータが、エネルギ照射量及び／又は焦点設定に依存して如何に変化するかを付加的な補助なしに識別するのは困難である。それとは対照的に、図４に例示している空間像測定値からは、ピボット点、すなわち、様々な曲線が交わるか又は屈曲点を有する点を即座に判断することができる。処理閾値がピボット点上に位置する場合には、線幅は、焦点設定を横切って変化せず、すなわち、この場合、リソグラフィ処理は、焦点ぼけの場合であっても構造の一定の幅又は臨界寸法をもたらすことになる。しかし、この場合、焦点ぼけの場合のフォトレジスト層の特性及びその挙動は考慮されない。しかし、プロフィールという形態で選択された表示に起因して、露光シミュレーションが割り込みを受けた時でさえもピボット点を判断することができるが、図から判別することができるように、これらのピボット点は僅かに変化する。従って、ピボット点の位置はシフトし、このために、焦点に依存してコンターの範囲も同様に変化する。この変化が明らかになる範囲は、図４から収集することができる。この表示は、マトリックスの一方のインデックスが焦点変化に対応し、マトリックスの他方のインデックスが照射量変化に対応する図５の個々の図のマトリックスとしての通例の表示よりも有意に明瞭である。変化する焦点の場合には、ピボット点は、コンターの位置に最小の変化が発生する点に対応する。
【００３５】
本方法では、例えば、いわゆる二重パターン形成の場合に行われるように、２つ又はそれよりも多くのマスクを用いた露光に対処することができることは言うまでもない。この場合、１つの焦点設定において、両方のマスクに対して空間像データ記録を生成し、ピクセル毎に第１の空間像データ記録へと加算することができる。これは、層が現像される段階が割り込まないフォトレジスト層の二重露光に対応する。次に、第１の空間像データ記録は、上述の方式でアルゴリズムに転送され、様々なコンターデータ記録が生成され、最後にプロフィールが生成される。当然ながら、この場合、異なる焦点設定におけるプロフィールセットを生成することができるように複数の焦点設定において上述のことが同様に可能である。
【００３６】
連続して少なくとも２つのマスクを用いたウェーハの露光は、両方のマスクに関する空間像データ記録を生成することによって別の手法で考慮することができる。この場合、露光を行う上で最初に用いられたマスクに関する第１の空間像データ記録がアルゴリズムに転送され、１つ又は複数の互いに異なるエネルギ照射量に対して、ウェーハの面に付加されたフォトレジスト層の露光及び現像が、各場合にこの空間像データ記録に基づいて判断される。次に、露光を行う上で次に用いられたマスクに関する空間像データ記録がアルゴリズムに転送され、対応する手順が、１つ又は複数のエネルギ照射量に対して同様に用いられる。この場合、露光を行う上で最初に用いられたマスクの空間像記録から生成されたデータを各場合に考慮することができる。これは、第１のマスクを用いた露光の後のフォトレジストの割り込み現像、及び第２のマスクを用いた露光の前の新しいフォトレジスト層の付加に対応する。
【００３７】
最後に、フォトリソグラフィ処理のためのマルチコンターデータ記録の表示又は評価に基づく上述の分析は、本物のレジストプロフィールに対して実施することができる。この目的のために、ウェーハは、マスク及びスキャナのような投影露光デバイスを用いて少なくとも２つのエネルギ照射量において露光され、次に、現像され、各新しい露光の前にフォトレジスト層が更新されるか、又はそうでなければウェーハの異なる位置が用いられる。現像の後に、発生したレジストプロフィールは、例えば、走査電子顕微鏡（ＳＥＭ）を用いて走査される。その結果は、各場合にレジストプロフィールデータ記録に格納される。レジストプロフィールデータ記録に基づいて、フォトレジストを持たない領域からフォトレジストを有する領域を分離するコンターが判断され、その結果は、各場合に２次元コンターデータ記録として格納される。次に、コンターデータ記録が組み合わされて３次元マルチコンターデータ記録が形成され、上述の方式で表示及び／又は評価され、すなわち、マスク上の位置に依存するエネルギ照射量又はエネルギ照射量の関数の３次元プロフィールが生成される。
全体として、上述の方法は、計算の高速性に関する限り利点を提供し、かつ計算データの特別な組合せを通じて、リバイザーによるものを含む高速評価を可能にする明瞭な表現を提供する。
【図１ａ】
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【図１ｂ】
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【図１ｃ】
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【図１ｄ】
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【図１ｅ】
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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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