(57)【要約】【課題】  露光波長と同等もしくはそれ以下のマスクパターンが混在する場合でも、極めて高い精度でローカルフレア量を見積もり正確なローカルフレア予測を可能とし、これに基づいてパターン寸法を容易且つ正確に補正して、極めて信頼性の高いデバイスを実現する。【解決手段】  本発明のシミュレーション装置は、フォトマスクのレイアウト（マスクレイアウト）を複数の領域に分割する分割手段１と、各領域内の光強度の平均値を算出する光強度平均値算出手段２と、算出された平均値に平滑化処理を施す平滑化手段３と、平滑化処理された平均値に一定の乗数を掛ける乗算手段４とを有して構成される。【選択図】  図２
2005077827.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
半導体装置を製造する際の露光時に生じるローカルフレアの発生量をシミュレートする方法であって、
フォトマスクのレイアウトを複数の領域に分割した後、前記各領域内の光強度の平均値を算出し、前記各平均値に基づき前記各領域におけるローカルフレアの発生量を見積もることを特徴とするシミュレーション方法。
【請求項２】
前記各平均値に平滑化処理を施し、平滑化処理された前記平均値に第１の係数を乗じて、得られた各値を前記各領域におけるローカルフレアの発生量であると評価することを特徴とする請求項１に記載のシミュレーション方法。
【請求項３】
前記各領域内の光強度の平均値を算出する際に、前記レイアウトの前記各領域のフーリエ変換像から回折光を算出し、投影レンズを通過する前記回折光の光強度に第２の係数を乗じて、前記平均値とすることを特徴とする請求項１又は２に記載のシミュレーション方法。
【請求項４】
前記ローカルフレアの発生量であると評価された前記各値を前記光強度に加算して光学像をシミュレートすることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載のシミュレーション方法。
【請求項５】
前記ローカルフレアの発生量であると評価された前記各値を近接効果補正に用いることを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載のシミュレーション方法。
【請求項６】
半導体装置を製造する際の露光時に生じるローカルフレアの発生量をシミュレートする装置であって、
フォトマスクのレイアウトを複数の領域に分割する分割手段と、
前記各領域内の光強度の平均値を算出する光強度平均値算出手段と
を含み、
前記各平均値に基づき前記各領域におけるローカルフレアの発生量を見積もることを特徴とするシミュレーション装置。
【請求項７】
算出された前記平均値に平滑化処理を施す平滑化手段と、
平滑化処理された前記平均値に第１の係数を乗じる乗算手段と
を更に含み、
得られた各値を前記各領域におけるローカルフレアの発生量であると評価することを特徴とする請求項６に記載のシミュレーション装置。
【請求項８】
前記光強度平均値算出手段は、前記各領域内の光強度の平均値を算出する際に、前記レイアウトの前記各領域のフーリエ変換像から回折光を算出し、投影レンズを通過する前記回折光の光強度に第２の係数を乗じて、前記平均値とすることを特徴とする請求項６又は７に記載のシミュレーション装置。
【請求項９】
前記ローカルフレアの発生量であると評価された前記各値を前記光強度に加算して光学像をシミュレートすることを特徴とする請求項６〜８のいずれか１項に記載のシミュレーション装置。
【請求項１０】
前記ローカルフレアの発生量であると評価された前記各値を近接効果補正に用いることを特徴とする請求項６〜９のいずれか１項に記載のシミュレーション装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、半導体製造のフォトプロセスにおいて局所的に発生するフレア（ローカルフレア）を補正するためのシミュレーション方法及び装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
パターン形成技術において、光リソグラフィを用いた半導体デバイス製造が行われている。光リソグラフィは、フォトマスクであるレチクルに所望のパターンを作製し、縮小光学系を介して試料基板上にパターンを転写する手法である。試料基板には、レジストと呼ばれる感光性樹脂が形成されており、転写されたパターンの潜像を現像液による露光部と未露光部との溶解速度差を利用し、パターンを形成してエッチングすることにより、所望の材料加工を行うことができる。
【０００３】
露光技術において、微細なパターンを精度良く転写するため、露光光の波長、レチクル構造を最適にする他に近接するパターンの影響を計算・算出し補正を行っている。これは近接効果補正（ＯＰＣ：Optical Proximity Correction）と呼ばれており、パターンの転写像を露光装置の照明条件（NA, Sigma）や露光条件（レジスト材料、 露光波長）等を鑑み、光近接効果の影響を計算もしくは実験により補正量を算出し、レチクル寸法を補正する。
【０００４】
通常、近接効果補正を行う際には、フォトマスクのレイアウト（マスクレイアウト）の光学像をシミュレータで計算し、次いで算出された光学像が所定の形状になるようにマスクレイアウトを変形する。シミュレータの与える光学像が実際と良く一致していることが前提となるが、露光装置のレンズを構成する材質の不均一性や材質がもつ固有の性質によりレンズで散乱が生じるため、この効果をシミュレーションでも考慮する必要がある。この散乱の影響はローカルフレアと呼ばれており、用いる露光光の波長（１９３ｎｍに代表される短波長）等に依存したレンズ材料の特殊性により生じるものであって、転写するパターンの形状やライン幅に不測の変化を生ぜしめる主原因となる。ローカルフレアは、像面上では背景にフォトマスクの透過率強度に依存する一律な背景の光強度として近似することができる。
【０００５】
【特許文献１】特開２００１−２７２７６６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、従来のシミュレーション方法では、マスクパターンの寸法が露光波長と比較して充分に大きい場合には充分な精度でローカルフレア量を見積もることが可能であるが、露光波長と同等もしくはそれ以下のマスクパターンが混在する場合には精度良くローカルフレアの量を求めることができないという問題があった。近年、半導体素子が益々微細化の一途を辿る状況にあることから、微小寸法のマスクパターンの場合でも精度良くローカルフレア量を見積もるシミュレーション方法の開発が待たれる現況にある。
【０００７】
本発明は、上述の課題に鑑みてなされたものであり、マスクパターンの寸法が露光波長と比較して大きい場合は勿論、露光波長と同等もしくはそれ以下のマスクパターンが混在する場合でも、極めて高い精度でローカルフレア量を見積もり、正確なローカルフレア予測を可能とするシミュレーション方法及び装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明のシミュレーション方法は、半導体装置を製造する際の露光時に生じるローカルフレアの発生量をシミュレートする方法であって、フォトマスクのレイアウトを複数の領域に分割した後、前記各領域内の光強度の平均値を算出し、前記各平均値に基づき前記各領域におけるローカルフレアの発生量を見積もる。
【０００９】
本発明のシミュレーション装置は、半導体装置を製造する際の露光時に生じるローカルフレアの発生量をシミュレートする装置であって、フォトマスクのレイアウトを複数の領域に分割する分割手段と、前記各領域内の光強度の平均値を算出する光強度平均値算出手段とを含み、前記各平均値に基づき前記各領域におけるローカルフレアの発生量を見積もる。
【発明の効果】
【００１０】
本発明によれば、露光波長と同等もしくはそれ以下のマスクパターンが混在する場合でも、極めて高い精度でローカルフレア量を見積もり正確なローカルフレア予測を可能とし、これに基づいてパターン寸法を容易且つ正確に補正して、極めて信頼性の高いデバイスを実現するシミュレーション方法及び装置を提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】
−本発明の基本骨子−
始めに、本発明の基本骨子について説明する。
本発明者は、露光波長と同等もしくはそれ以下のマスクパターンが混在する場合にも、ローカルフレア量を精度良く見積もるべく鋭意検討し、これが以下の理由に基づくことを見出した。
【００１２】
図１は、従来の手法におけるローカルフレア量を評価するフォトマスクのマスクレイアウトの一例及び評価値の一例を示す概略平面図である。
この方法では、先ず図１（ａ）に示すように、マスクレイアウトを複数の矩形領域に分割する。そして、各々の領域における透過率（開口率）を算出し、平滑化処理した値をローカルフレアの値として見積もる。即ち、図１（ｂ）に示すように領域(i,j)を定めた場合、予測される領域(i,j)におけるローカルフレア量Ｆ(i,j)は以下の式（１）で求まる。各領域ごとの算出結果を図１（ｃ）に示す。
【００１３】
【数１】
2005077827.tif 000003
【００１４】
ここで、Ｔ(i,j)は領域(i,j)における透過率の平均値、Ｅ(i',j')は領域の影響度合いを示す重み係数である。なおこの場合、説明の便宜のために計算は領域(i,j)についてのみ示してあり、平滑化処理（スムージング処理）する領域を前後２つの領域とした例について示してある。
【００１５】
上述した従来の手法において、実際に発生するローカルフレアと適合しない結果を示す場合があるのは、露光装置のレンズを通過する前におけるマスクレイアウトの透過率強度に基づいてローカルフレアを見積もるためであると考えられる。即ち、フォトマスク上の微細なマスクパターンを照射した際に、マスクパターンを透過する光は回折し、大きな角度で回折した光はレンズを通過しないことになる。
【００１６】
そこで本発明者は、マスクパターンを透過した光のうち、露光装置のレンズを通過する光のみが露光に供されることに鑑み、この光の影響のみを正確に把握すべく、従来の手法のようにマスクパターンの透過率強度の平均を用いる替わりに、マスクパターンが像面に結像した際の光強度分布の平均値を用いることに想到した。
【００１７】
−本発明の具体的な実施形態−
図２は、本発明のシミュレーション装置の概略構成を示すブロック図、図３は本発明のシミュレーション方法のフロー図である。
このシミュレーション装置は、フォトマスクのレイアウト（マスクレイアウト）を複数の領域に分割する分割手段１と、各領域内の光強度の平均値を算出する光強度平均値算出手段２と、算出された平均値に平滑化処理を施す平滑化手段３と、平滑化処理された平均値に一定の乗数を掛ける乗算手段４とを有して構成されている。このシミュレーション装置を用いてローカルフレア量を評価するには、先ず図４（ａ）に示すように、分割手段１によりマスクレイアウトを複数の領域に分割（ステップ１）した後、光強度平均値算出手段２により各領域内の光強度平均値を算出し（ステップ２）、平滑化手段３により算出された光強度平均値を平滑化処理し（ステップ３）、乗算手段４により平滑化処理された光強度平均値に一定の乗数を掛け（ステップ４）、得られた各値を各領域におけるローカルフレアの発生量であると評価する（ステップ５）。
【００１８】
具体的に、本発明の手法では、図１におけるＴ(i,j)の替わりに、図４（ｂ）に示すように光強度平均値Ｉ(i,j)を使用する。予測される領域(i,j)におけるローカルフレア量Ｆ(i,j)は以下の式（２）で求まる。各領域ごとの算出結果を図４（ｃ）に示す。
【００１９】
【数２】
2005077827.tif 000004
【００２０】
ここで、Ｉ(i,j)は領域(i,j)における光強度平均値、Ｅ(i',j')は領域の影響度合いを示す重み係数である。なおこの場合、説明の便宜のために計算は領域(i,j)についてのみ示してあり、平滑化処理（スムージング処理）する領域を前後２つの領域とした例について示してある。
【００２１】
本手法では、露光装置のレンズを通過した後のウェーハ上の光学像を求め、その光強度を平均した値に基づきローカルフレア量を算出する。このようにすることにより、レンズを通過しない光はローカルフレアの計算対象に含まれないため、より実際の状況に近い計算を行うことが可能になり、予測精度が向上する。
【００２２】
上記の計算を行うには、マスクレイアウトの光強度を求める必要がある。しかしながら、従来の光強度シミュレーション手法を用いてマスクレイアウト全面の光強度を計算することは処理時間の上からみて非現実的である。そこで必要となる値が光強度の平均値であることに着目し、光強度の平均値を算出する際に、マスクレイアウトの各領域のフーリエ変換像から回折光を算出し、投影レンズを通過する回折光の光強度に所定の乗数を掛けて当該平均値とする。具体的には、以下に示す式３を用いて光強度平均値を計算する。
【００２３】
【数３】
2005077827.tif 000005
【００２４】
ここで、Ｆkは回折光の重み係数（実数）であり、Ｓkは回折光の振幅（複素数：＊は共役を表す。）、ｋは回折光の番号を示し（ｎ，ｍ）の組と１：１で対応する（ｎ，ｍはそれぞれＸ，Ｙ方向の回折光次数である。）。
【００２５】
光強度の平均値は領域(i,j)毎に求める。ここで領域(i,j)を周期的であると仮定してフーリエ変換することで回折光を求めることが可能である。仮定する領域が露光波長に比べて充分に大きければ(５倍程度)、領域が周期的であると仮定しても問題ない。回折光の重み係数Ｆkには、レンズを通過するか否かの情報も含まれる。この回折光の重み係数Ｆkは図５のようにして求める。
【００２６】
ここで、Ｃは露光装置のレンズの中心、Ｓkは回折光の位置、ＮＡはレンズの開口数、σは光源のＮＡに対する大きさ（干渉係数）である。ここで、円Ｃと円Ｓkとの共有面積Ａkが回折光Ｓkのもつ重みに比例する。またこの値は、回折光がレンズを通過する確率に比例する。Ａkをσ2πで割って正規化したものを重み係数Ｆkとする。最終的な重み係数は以下の式（４）で表される。
Ｆk＝Ａk／(σ2π)  ・・・（４）
【００２７】
輪帯照明を使用する際の重み係数は、図６のようにして求まり、以下の式（５）で表される。
Ｆk＝Ａk／(σ22π-σ12π)   ・・・（５）
なおここでは、光源の形状を円もしくは輪帯として説明したが、光源の形状とレンズ円の共有面積を求めることが本質であり、その他の照明条件であっても本手法を適用できることは明らかである。
【００２８】
上述のようにして求められたローカルフレア量のシミュレーション値は、近接効果補正（ＯＰＣ）に利用されたり、または後述のように光学シミュレーションによる光強度値に加算されて光学像のシミュレーションに供される。
【００２９】
以上説明したように、本実施形態によれば、マスクパターンの寸法が露光波長と比較して大きい場合は勿論、露光波長と同等もしくはそれ以下のマスクパターンが混在する場合でも、極めて高い精度でローカルフレア量を見積もり、正確なローカルフレア予測を可能とするシミュレーションが実現する。
【００３０】
上述したシミュレーション装置を構成する各手段（図２の各手段１〜４等）、並びにシミュレーション方法の各ステップ（図３のステップ１〜５等）は、コンピュータのＲＡＭやＲＯＭなどに記憶されたプログラムが動作することによって実現できる。このプログラム及び当該プログラムを記録したコンピュータ読み取り可能な記憶媒体は本発明に含まれる。
【００３１】
具体的に、前記プログラムは、例えばＣＤ−ＲＯＭのような記録媒体に記録し、或いは各種伝送媒体を介し、コンピュータに提供される。前記プログラムを記録する記録媒体としては、ＣＤ−ＲＯＭ以外に、フレキシブルディスク、ハードディスク、磁気テープ、光磁気ディスク、不揮発性メモリカード等を用いることができる。他方、前記プログラムの伝送媒体としては、プログラム情報を搬送波として伝搬させて供給するためのコンピュータネットワーク（ＬＡＮ、インターネットの等のＷＡＮ、無線通信ネットワーク等）システムにおける通信媒体（光ファイバ等の有線回線や無線回線等）を用いることができる。
【００３２】
また、コンピュータが供給されたプログラムを実行することにより上述の実施形態の機能が実現されるだけでなく、そのプログラムがコンピュータにおいて稼働しているＯＳ（オペレーティングシステム）或いは他のアプリケーションソフト等と共同して上述の実施形態の機能が実現される場合や、供給されたプログラムの処理の全て或いは一部がコンピュータの機能拡張ボードや機能拡張ユニットにより行われて上述の実施形態の機能が実現される場合も、かかるプログラムは本発明に含まれる。
【００３３】
例えば、図７は、一般的なパーソナルユーザ端末装置の内部構成を示す模式図である。この図７において、１２００はコンピュータＰＣである。ＰＣ１２００は、ＣＰＵ１２０１を備え、ＲＯＭ１２０２又はハードディスク（ＨＤ）１２１１に記憶された、或いはフレキシブルディスクドライブ（ＦＤ）１２１２より供給されるデバイス制御ソフトウェアを実行し、システムバス１２０４に接続される各デバイスを総括的に制御する。
【００３４】
−実施例−
以下、本発明の手法を用いて実際にローカルフレア量を見積もった諸実施例について説明する。
【００３５】
（実施例１）
本実施例では、本発明の手法を用いて、図８に示すレイアウトを有するフォトマスクの光強度平均値（相対値）を求めた一例を示す。このフォトマスクは、開口部１１と遮光部１２の幅が同じ１：１のラインアンドスペースを有しており、開口部１１の長さＬはライン幅Ｗに比べて極端に大きい場合を想定している。
【００３６】
図９は、フォトマスクにおけるラインピッチと光強度値との関係を示す特性図である。
同図では、本発明の手法により算出された光強度平均値をラインピッチＰとの関係で示しており、比較のため従来の手法による透過率強度の平均値を併記する。ここでは、ＮＡ＝０．７、露光波長＝１９３ｎｍ、干渉係数＝０．８の各条件で算出した。
【００３７】
従来手法の場合、フォトマスクの開口部１１の幅と遮光部１２の幅が同じであるため、透過率強度平均値はラインピッチによらず一定（０．５）となる。これに対して本手法によれば、ラインピッチが小さくなるにつれてレンズを透過する回折光が減少するため、結果として光強度平均は減少する。このことは、本手法がラインピッチに依存したローカルフレア量の変化をより現実に近い値で把握していることを意味する。
【００３８】
（実施例２）
本実施例では、本発明の手法を用いて算出されたローカルフレア量を光学シミュレーションによる光学像に加算し、これによりローカルフレアを考慮した光学像を求めた一例を示す。ここでは、ローカルフレア量が光学像の強度に対して５％であると仮定している。
【００３９】
図１０に本手法の計算に使用したフォトマスクの形状を示す。このフォトマスクは図７と同様であり、開口部１１と遮光部１２の幅が同じ１：１のラインアンドスペースを有しており、ラインピッチは０．５μｍである。開口部１１の長さＬはライン幅Ｗに比べて極端に大きい場合を想定している。
【００４０】
図１１は、フォトマスクにおける位置と光強度値との関係を示す特性図である。図中の位置は、図１０の破線Ｉ−Ｉに沿ったフォトマスクの位置に対応している。
同図では、本発明の手法により算出された光強度平均値と共に、光学シミュレーションによる光学像、及びこの光学像に光強度平均値を加算した結果を示しており、光強度平均値としては平滑化処理を施した値を、加算結果としては光学像に５％のローカルフレア量を加えた値をそれぞれ示す。このように、本手法により算出された光強度平均値は、ローカルフレアを考慮した正確な光学像のシミュレーションに寄与する。
【００４１】
以下、本発明の諸態様を付記としてまとめて記載する。
【００４２】
（付記１）半導体装置を製造する際の露光時に生じるローカルフレアの発生量をシミュレートする方法であって、
フォトマスクのレイアウトを複数の領域に分割した後、前記各領域内の光強度の平均値を算出し、前記各平均値に基づき前記各領域におけるローカルフレアの発生量を見積もることを特徴とするシミュレーション方法。
【００４３】
（付記２）前記各平均値に平滑化処理を施し、平滑化処理された前記平均値に第１の係数を乗じて、得られた各値を前記各領域におけるローカルフレアの発生量であると評価することを特徴とする付記１に記載のシミュレーション方法。
【００４４】
（付記３）前記各領域内の光強度の平均値を算出する際に、前記レイアウトの前記各領域のフーリエ変換像から回折光を算出し、投影レンズを通過する前記回折光の光強度に第２の係数を乗じて、前記平均値とすることを特徴とする付記１又は２に記載のシミュレーション方法。
【００４５】
（付記４）ローカルフレアの発生量であると評価された前記各値を前記光強度に加算して光学像をシミュレートすることを特徴とする付記１〜３のいずれか１項に記載のシミュレーション方法。
【００４６】
（付記５）前記ローカルフレアの発生量であると評価された前記各値を近接効果補正に用いることを特徴とする付記１〜４のいずれか１項に記載のシミュレーション方法。
【００４７】
（付記６）半導体装置を製造する際の露光時に生じるローカルフレアの発生量をシミュレートする装置であって、
フォトマスクのレイアウトを複数の領域に分割する分割手段と、
前記各領域内の光強度の平均値を算出する光強度平均値算出手段と
を含み、
前記各平均値に基づき前記各領域におけるローカルフレアの発生量を見積もることを特徴とするシミュレーション装置。
【００４８】
（付記７）算出された前記平均値に平滑化処理を施す平滑化手段と、
平滑化処理された前記平均値に第１の係数を乗じる乗算手段と
を更に含み、
得られた各値を前記各領域におけるローカルフレアの発生量であると評価することを特徴とする付記６に記載のシミュレーション装置。
【００４９】
（付記８）前記光強度平均値算出手段は、前記各領域内の光強度の平均値を算出する際に、前記レイアウトの前記各領域のフーリエ変換像から回折光を算出し、投影レンズを通過する前記回折光の光強度に第２の係数を乗じて、前記平均値とすることを特徴とする付記６又は７に記載のシミュレーション装置。
【００５０】
（付記９）前記ローカルフレアの発生量であると評価された前記各値を前記光強度に加算して光学像をシミュレートすることを特徴とする付記６〜８のいずれか１項に記載のシミュレーション装置。
【００５１】
（付記１０）前記ローカルフレアの発生量であると評価された前記各値を近接効果補正に用いることを特徴とする付記６〜９のいずれか１項に記載のシミュレーション装置。
【００５２】
（付記１１）コンピュータに、付記１〜５のいずれか１項に記載のシミュレーション方法の手順を実行させるためのプログラムを記憶したコンピュータ読み取り可能な記憶媒体。
【００５３】
（付記１２）コンピュータに、付記１〜５のいずれか１項に記載のシミュレーション方法の手順を実行させるためのプログラム。
【図面の簡単な説明】
【００５４】
【図１】従来の手法におけるローカルフレア量を評価するフォトマスクのマスクレイアウトの透過率強度の一例及び評価値の一例を示す概略平面図である。
【図２】本発明のシミュレーション装置の概略構成を示すブロック図である。
【図３】本発明のシミュレーション方法のフロー図である。
【図４】ローカルフレア量を評価するフォトマスクのマスクレイアウトの光強度分布の一例及び評価値の一例を示す概略平面図である。
【図５】回折光の重み係数を決定する手法を説明するための模式図である。
【図６】輪帯照明を使用する際の重み係数を決定する手法を説明するための模式図である。
【図７】パーソナルユーザ端末装置の内部構成を示す模式図である。
【図８】実施例１で使用するフォトマスクのマスクレイアウトを示す概略平面図である。
【図９】フォトマスクにおけるラインピッチと光強度値との関係を示す特性図である。
【図１０】実施例２で使用するフォトマスクのマスクレイアウトを示す概略平面図である。
【図１１】フォトマスクにおける位置と光強度値との関係を示す特性図である。
【符号の説明】
【００５５】
１  分割手段
２  光強度平均値算出手段
３  平滑化手段
４  乗算手段
１１  開口部
１２  遮光部
【図１】
2005077827.tif 000006
【図２】
2005077827.tif 000007
【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
2005077827.tif 000011
【図７】
2005077827.tif 000012
【図８】
2005077827.tif 000013
【図９】
2005077827.tif 000014
【図１０】
2005077827.tif 000015
【図１１】
2005077827.tif 000016