(57)【要約】【課題】パターンの寸法均一性を向上できる露光パラメータ決定装置、露光システム、検査システム、及び露光パラメータ決定方法を提供する。【解決手段】露光パラメータ決定装置は、露光マスク上の複数の領域に対応する光強度分布情報及び所定の露光パラメータを用いてリソグラフィシミュレーションを実行し、予測パターン形状を算出するシミュレーション実行部１１２と、前記予測パターン形状の評価値を算出する評価値算出部１１３と、を備える。露光パラメータ決定装置１００は、前記評価値が所定の許容範囲に含まれるまで、露光パラメータの変更及び変更後の露光パラメータを用いたリソグラフィシミュレーションの実行を繰り返し、当該領域に露光パラメータを割り当てる。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
露光マスク上の複数の領域の各々について、当該領域内のパターンを透過又は反射する光の光強度分布情報に対して画像処理を施す画像処理部と、
前記画像処理を施された光強度分布情報及び所定の露光パラメータを用いてリソグラフィシミュレーションを実行し、前記パターンが基板上に転写される場合の予測パターン形状を算出するシミュレーション実行部と、
前記予測パターン形状の評価値を算出する評価値算出部と、
前記評価値が所定の許容範囲に含まれていない場合に、前記露光パラメータを変更し、変更後の露光パラメータで前記シミュレーション実行部にリソグラフィシミュレーションを実行させ、前記評価値が前記所定の許容範囲に含まれる場合に、前記リソグラフィシミュレーションで用いられた露光パラメータを当該領域に割り当てるパラメータ設定部と、
を備える露光パラメータ決定装置。
【請求項２】
前記露光マスク上の第１の領域について前記パラメータ設定部により割り当てられた露光パラメータと、前記露光マスク上の第２の領域について前記パラメータ設定部により割り当てられた露光パラメータとを用いて補間処理を行い、前記第１の領域と前記第２の領域との間の第３の領域に露光パラメータを割り当てる補間処理部をさらに備えることを特徴とする請求項１に記載の露光パラメータ決定装置。
【請求項３】
前記露光マスク上の複数の領域に割り当てられた露光パラメータを露光レシピに変換する露光レシピ変換部をさらに備えることを特徴とする請求項１又は２に記載の露光パラメータ決定装置。
【請求項４】
前記複数の領域の各々についての前記光強度分布情報は、前記基板上の１０μｍ□以上１０００μｍ□以下の大きさの領域に対応する光強度分布情報であることを特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載の露光パラメータ決定装置。
【請求項５】
前記露光パラメータは、露光量、フォーカス、照明形状、照明輝度分布、投影光学系のNA、照明偏光度、レンズ収差量のうち少なくとも１つ以上を含むことを特徴とする請求項１乃至４のいずれかに記載の露光パラメータ決定装置。
【請求項６】
前記評価値は、着目パターンの寸法値と所定値との乖離量であることを特徴とする請求項１乃至５のいずれかに記載の露光パラメータ決定装置。
【請求項７】
請求項１に記載の露光パラメータ決定装置と、
前記露光マスク上の複数の領域に割り当てられた露光パラメータを露光レシピに変換する露光レシピ変換部と、
前記露光マスクがセットされ、前記露光レシピに基づいて露光処理を行う露光装置と、
を備える露光システム。
【請求項８】
請求項１に記載の露光パラメータ決定装置と、
前記露光マスク上の複数の領域の各々について、当該領域内のパターンを透過又は反射する光の光強度分布情報を求め、前記光強度分布情報を前記露光パラメータ決定装置へ出力する検査装置と、
を備える検査システム。
【請求項９】
露光マスク上の複数の領域の各々について、当該領域内のパターンを透過又は反射する光の光強度分布情報を取得する工程と、
前記光強度分布情報に対して画像処理を施す工程と、
前記画像処理を施された光強度分布情報及び所定の露光パラメータを用いてリソグラフィシミュレーションを実行し、前記パターンが基板上に転写される場合の予測パターン形状を算出する工程と、
前記予測パターン形状の評価値を算出する工程と、
前記評価値が所定の許容範囲に含まれるまで、前記露光パラメータの変更、前記リソグラフィシミュレーションの実行、前記評価値の算出を繰り返す工程と、
前記評価値が前記所定の許容範囲に含まれる場合に、前記リソグラフィシミュレーションで用いられた露光パラメータを当該領域に割り当てる工程と、
前記複数の領域に割り当てられた露光パラメータを用いて補間処理を行い、前記露光マスク上の前記露光パラメータの割り当てが行われなかった領域についての露光パラメータを決定する工程と、
を備える露光パラメータ決定装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明の実施形態は、露光パラメータ決定装置、露光システム、検査システム、及び露光パラメータ決定方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年の半導体製造技術の進歩に伴い、最小加工寸法５０ｎｍサイズの半導体装置が量産されている。半導体装置の微細化はリソグラフィ技術により実現される。微細パターンの寸法を、露光ショット内で均一に仕上げる技術の１つとして、ショット内における寸法が均一になるような露光量マップを予め規定し、その露光量マップにしたがって露光を行う技術が提案されている。例えば、光学又は電子ビーム（ＥＢ）によるマスク検査装置から得られる光又はＥＢの強度分布に基づいてマスク平面状態を調べ、そのマスク平面状態に基づいて露光量マップを作成する。この露光量マップに基づいて露光を行うことで、マスクおよび露光装置の系統的なばらつきにより生じるショット内の寸法ばらつきを低減し、ショット内で均一性の高い寸法の実現を図る。
【０００３】
しかし、従来は、基板上の少数の２μｍ□程度の微小な点領域について光やＥＢの強度分布を取得して露光量を求め、点領域の間の領域、すなわち大部分の領域については補間処理により露光量を推定して、露光量マップを作成していた。そのため、ショット内全面に一次元パターンが配置されたような比較的単純なパターンに対しては有効であるが、コンタクトホールパターン等の様々な種類のパターンが配置される場合には露光量マップが適したものでなく、寸法均一性の高いパターンを実現することが困難であるという問題があった。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２０００−２５７８１９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
本発明は、パターンの寸法均一性を向上できる露光パラメータ決定装置、露光システム、検査システム、及び露光パラメータ決定方法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】
【０００６】
本実施形態によれば、露光パラメータ決定装置は、露光マスク上の複数の領域の各々について、当該領域内のパターンを透過又は反射する光の光強度分布情報に対して画像処理を施す画像処理部と、前記画像処理を施された光強度分布情報及び所定の露光パラメータを用いてリソグラフィシミュレーションを実行し、前記パターンが基板上に転写される場合の予測パターン形状を算出するシミュレーション実行部と、前記予測パターン形状の評価値を算出する評価値算出部と、を備える。露光パラメータ決定装置は、前記評価値が所定の許容範囲に含まれていない場合に、前記露光パラメータを変更し、変更後の露光パラメータで前記シミュレーション実行部にリソグラフィシミュレーションを実行させ、前記評価値が前記所定の許容範囲に含まれる場合に、前記リソグラフィシミュレーションで用いられた露光パラメータを当該領域に割り当てるパラメータ設定部をさらに備える。
【図面の簡単な説明】
【０００７】
【図１】本発明の実施形態に係る露光パラメータ決定装置の概略構成図である。
【図２】同実施形態に係る露光パラメータ決定方法を説明するフローチャートである。
【図３】各処理が施されたマスク光学画像の一例を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【０００８】
以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。
【０００９】
図１に本発明の実施形態に係る露光パラメータ決定装置の概略構成を示す。露光パラメータ決定装置１００は、検査装置２００からデータを受け取ったり、露光装置３００へデータを出力したりする入出力部１０１と、各種演算を行う演算部１１０と、データを記憶する記憶部１２０と、入出力部１０１、演算部１１０、及び記憶部１２０の間でのデータ転送を制御する制御部１０２と、を備える。
【００１０】
演算部１１０は、後述の画像処理部１１１、シミュレーション実行部１１２、評価値算出部１１３、パラメータ設定部１１４、補間処理部１１５、及び露光レシピ変換部１１６を有する。また、記憶部１２０は、後述の強度分布情報記憶領域１２１、評価値許容範囲記憶領域１２２、パラメータ記憶領域１２３、及び露光レシピ記憶領域１２４を有する。
【００１１】
検査装置２００は、マスクハウスにて作成された新版露光マスク又は露光装置３００で露光処理を実行している既存露光マスクに対して、光学式又は電子（ＥＢ）式の検査を実施する。
【００１２】
光学式の検査装置２００は、マスクに光を照射し、その透過光又は反射光を、光学系を介してセンサでモニタすることにより、光照射領域における、マスクパターン凹凸、欠陥（形状および位相・透過率）に起因する、光強度分布情報（マスク光学画像）を得る。この時、高解像度の情報を得る為に、検査装置２００は、ｎｍオーダー又はそれ以下の波長の光を照射し、かつ光学系に開口数０．５以上のレンズを用いることが望ましい。
【００１３】
また、ＥＢ式の検査装置２００は、マスクパターンを透過もしくは反射する電子をモニタすることにより、マスク上でのパターン凹凸、欠陥（形状および位相・透過率）に起因するＥＢ強度分布情報を得る。
【００１４】
以下では、検査装置２００は光学式の検査装置であるとして説明を行う。
【００１５】
検査装置２００は、マスク全面をメッシュ分割し、各メッシュ領域に対応する光強度分布情報をパラメータ決定装置１００へ出力する。検査装置２００は、メッシュ分割でなく、事前にサンプリングされた複数の領域に対応する光強度分布情報をパラメータ決定装置１００へ出力するようにしてもよい。なお、サンプリングを行う場合には、事前に、プロセス、製品観点で重要と考えられるマスクパターンが配置されている領域を、サンプリングポイントとして指定する。プロセス、製品観点で重要と考えられるマスクパターンは、事前の実験、又はシミュレーション結果に基づいて決定することが可能である。各領域のサイズは、１０μｍ□以上１０００μｍ□以下が好ましい。なお、このサイズは、基板上でのサイズであり、マスク上に換算するとこれより大きくなる。
【００１６】
光強度分布情報は、様々な画像ファイル形式に変換されても良いし、ファイルを介さず、後に続く処理の為にメモリ上に保持されても良い。
【００１７】
検査装置２００から出力された光強度分布情報は、露光パラメータ決定装置１００の入出力部１０１を介して、記憶部１２０の強度分布情報記憶領域１２１に格納される。
【００１８】
画像処理部１１１は、複数の領域に対応する光強度分布情報のうちのいずれか１つを選択し、補間処理、ぼかし処理等のフィルタリング処理、及び二値化処理等の画像処理を行う。各処理については後述する。
【００１９】
シミュレーション実行部１１２は、画像処理部１１１により画像処理された光強度分布情報を用いて、露光装置３００の光学系や、基板上に形成される膜構造を考慮したリソグラフィシミュレーションを実行し、基板上に形成されるパターン形状を算出（予測）する。
【００２０】
シミュレーション実行部１１２は、マスクの光強度分布情報をフーリエ変換し、与えられた露光装置３００の露光パラメータ（露光量、波長、レンズ開口数、照明形状、レンズ収差、偏光状態、偏光度、レンズ光透過率、フォーカス）を用いてフーリエ変換後の像を変調し、さらにレジストプロセス効果を像に反映させた後、基板上に形成される光学強度分布に変換して、パターン形状を予測する。
【００２１】
なお、基板上での光強度分布は、複数の露光パラメータで作成される場合もあり、入力されたマスクの光強度分布に、マスクプロセス製造における寸法、位相、透過率等の変動の影響を取り込んだ計算を実施してもよい。
【００２２】
また、露光装置３００が、極端紫外線（ＥＵＶ）リソグラフィで用いる装置の場合、マスクの立体構造による導波路効果を考慮した計算を行ってもよい。また、露光装置３００が、ナノインプリントリソグラフィ（ＮＩＬ）で用いる装置の場合、テンプレートの材質、レジストの滴下量やパターン寸法、レジスト充填時間、テンプレートの離型時間といった条件より、基板上でのパターン形状を予測することが可能である。
【００２３】
評価値算出部１１３は、シミュレーション実行部１１２により計算された基板上での光学強度分布（予測パターン形状）に基づき、基板上でのパターンの出来栄え状態を示す評価値を、評価関数を用いて算出する。評価関数の評価項目としては、リソグラフィにおける露光量、フォーカス、マスク寸法の変動に起因する寸法変化量、着目パターンのターゲット寸法値と光強度分布に基づく寸法値との乖離量、着目パターンにおける光強度分布の傾き、着目パターンにおける光強度分布の単位面積あたりの強度の総和、着目パターンにおける光強度の最大値、最小値やコントラストなどが用いられる。これらの評価項目をもとに、評価関数としては、標準偏差、最大値と最小値の差分、ＲＭＳ（Root Mean Square）量、又はこれらの組み合わせを規定することが可能である。
【００２４】
パラメータ設定部１１４は、評価値算出部１１３が算出した評価値が、許容範囲に含まれているか否かを判定する。評価値の許容範囲は、事前の計算又は実験により決定しており、記憶部１２０の評価値許容範囲記憶領域１２２に格納されている。
【００２５】
パラメータ設定部１１４は、算出された評価値が許容範囲に含まれていない場合は、ショット内で変更可能な露光パラメータ（露光量、波長、レンズ開口数、照明形状、レンズ収差、偏光状態、偏光度、レンズ光透過率、フォーカス）のうち、少なくとも１つ以上を変動させる。
【００２６】
このとき、評価値が許容範囲に含まれるようにするために変動させるパラメータの組み合わせは複数存在する可能性がある。その場合には、最も評価関数が小さくなる組み合わせを採用するか、又は他パターンへの影響の小さい露光パラメータの変更を優先させる、といった処理を実施して、最適な露光パラメータの組み合わせを決定することが可能である。
【００２７】
他パターンへの影響の小さいパラメータ変更とは、露光パラメータ変更に伴い評価対象以外のパターンの寸法変化量やリソグラフィマージンの変化量が小さいといった指標に基づき決定することを含む。露光装置パラメータの組み合わせは、多変量解析最適化アルゴリズム（例えば、Brent法、Simplex法、Powell法、遺伝子アルゴリズム法、アニーリング法）を用いて決定することができる。
【００２８】
このようにして、パラメータ設定部１１４は、マスク面内の複数の領域について、最適な光学パラメータ値を求めることができる。
【００２９】
補間処理部１１５は、パラメータ設定部１１４により露光パラメータが求められていない領域について、パラメータ設定部１１４により求められた露光パラメータを用いて補間処理を行うことで、露光パラメータを決定する。
【００３０】
露光レシピ変換部１１６は、パラメータ設定部１１４及び補間処理部１１５によって作成されるマスク面内での露光パラメータのマップを、マスクを露光する為の露光レシピに変換する。露光レシピ変換部１１６は、露光レシピを記憶部１２０の露光レシピ記憶領域１２４に格納する。
【００３１】
制御部１０２は、露光装置３００からの露光レシピ要求に基づいて、記憶部１２０の露光レシピ記憶領域１２４から露光レシピを取り出し、入出力部１０１を介して露光装置３００へ出力する。露光装置３００が、この露光レシピに基づいて露光処理を行うことで、基板上には評価関数が最小となるようなパターン形状を形成することが可能となる。
【００３２】
次に、このような露光パラメータ決定装置１００を用いた露光パラメータ決定方法を図２に示すフローチャートを用いて説明する。
【００３３】
（ステップＳ２０１）露光パラメータ決定装置１００が、検査装置２００から、マスク面内の（メッシュ分割された）複数の領域に対応する光強度分布情報を取得する。例えば、光強度分布情報は、１つの領域のサイズが数１００μｍ□であり、図３（ａ）に示すような、２０４８ｐｉｘｅｌ、２５６階調のマスク光学画像である。
【００３４】
（ステップＳ２０２）未選択の領域を１つ選択する。
【００３５】
（ステップＳ２０３）ステップＳ２０２で選択された領域に対応する光強度分布情報（マスク光学画像）に対して、画像処理部１１１が、補間処理及びぼかし処理を行う。ぼかし処理は、検査装置２００の光学系を通過したことに起因する光学的な歪みを補正するものである。補間処理は、画像の階調を補間するものである。
【００３６】
例えば、図３（ａ）に示すマスク光学画像は、ぼかし処理及び補間処理により、図３（ｂ）に示すように、解像度が８１９２ｐｉｘｅｌに上げられ、像強度が１０２４階調に補間される。
【００３７】
（ステップＳ２０４）画像処理部１１１が、ステップＳ２０３で補間処理及びぼかし処理を行った光強度分布情報に対して、特定の階調で、二値化処理を行う。特定の階調は、予め他のマスク測定装置（例えば、寸法SEMや光学式顕微鏡）でマスク寸法値と、ある階調で二値化したときの寸法値とを校正しておくことで規定することができる。画像の階調を二値化することで、光透過部と非透過部（位相変調効果も含む）とに分割される。
【００３８】
例えば、図３（ｂ）に示すマスク光学画像に対して二値化処理を施すことで、図３（ｃ）に示すような画像が得られる。
【００３９】
（ステップＳ２０５）シミュレーション実行部１１２が、ステップＳ２０４で二値化された強度分布情報（画像）に対して光透過率、位相情報を与えて、リソグラフィシミュレーションを実行する。シミュレーションでは、上述した様々な露光パラメータが用いられる。
【００４０】
例えば、図３（ｃ）に示す画像に対してリソグラフィシミュレーションを実行することで、図３（ｄ）に示すようなシミュレーション結果が得られる。
【００４１】
（ステップＳ２０６）評価値算出部１１３が、シミュレーション結果から、図３（ｅ）に示すように、評価対象パターンのパターン寸法を算出し、評価値として、ターゲット寸法との乖離量を算出する。
【００４２】
（ステップＳ２０７）評価値が許容範囲に含まれるか否か判定される。含まれる場合はステップＳ２０９へ進み、含まれない場合はステップＳ２０８へ進む。
【００４３】
（ステップＳ２０８）パラメータ設定部１１４が、乖離量が小さくなるように、露光パラメータ（露光量、波長、レンズ開口数、照明形状、レンズ収差、偏光状態、偏光度、レンズ光透過率、フォーカス）のうち、少なくとも１つ以上を変動させる。ステップＳ２０５に戻り、変動後の露光パラメータを用いて、再度、リソグラフィシミュレーションが実行される。
【００４４】
（ステップＳ２０９）ステップＳ２０５のリソグラフィシミュレーション時の露光パラメータを、最適な露光パラメータとして決定し、この強度分布情報（画像）に対して割り当てられる。
【００４５】
（ステップＳ２１０）最適な露光パラメータを決定するすべての領域が選択された場合はステップＳ２１１へ進み、まだ選択されていない領域がある場合は、ステップＳ２０２に戻る。
【００４６】
（ステップＳ２１１）補間処理部１１５が、ステップＳ２０９で求めた露光パラメータを用いて補間処理を行い、ステップＳ２０２で選択されていない領域に対する露光パラメータを決定する。例えば、ステップＳ２０９で第１の領域に割り当てられた露光パラメータと、ステップＳ２０９で第２の領域に割り当てられた露光パラメータを用いて補間処理を行い、ステップＳ２０２で選択されていない第１の領域と第２の領域との間の第３の領域の露光パラメータを決定し、割り当てる。これにより、マスク面内全面での露光パラメータが決定する。
【００４７】
（ステップＳ２１２）露光レシピ変換部１１６が、ステップＳ２１１で決定されたマスク面内全面での露光パラメータを露光レシピに変換する。
【００４８】
検査装置２００により光強度分布情報が求められた露光マスクが露光装置３００にセットされる。露光装置３００が、上述の方法で得られた露光レシピに基づいて、露光を行うことで、基板上には、ターゲット寸法との乖離量が最小となる寸法を持つパターンを形成することができる。
【００４９】
このように、本実施形態によれば、パターンの寸法均一性を向上できる露光パラメータを決定することができる。
【００５０】
本実施形態では、少数の２μｍ□程度の微小な点領域でなく、多数の１０μｍ□〜１０００μｍ□程度の広範囲の領域について、ぼかし処理、補間処理、二値化処理等の画像処理を行い、評価値が許容範囲に含まれるまで、リソグラフィシミュレーション及び露光パラメータの変更を繰り返して最適な露光パラメータを決定する。また、露光パラメータは、露光量だけでなく、波長、レンズ開口数、照明形状、レンズ収差、偏光状態、偏光度、レンズ光透過率、フォーカス等を考慮している。そのため、単純な一次元Ｌ／Ｓパターンだけでなく、コンタクトホールを含む様々なパターンバリエーションのマスクショット内での寸法均一性を向上させる露光パラメータマップを作成することができる。
【００５１】
上記実施形態において、画像処理部１１１による画像処理（補間処理、ぼかし処理、二値化処理）を省略してもよい。
【００５２】
また、上記実施形態において、光強度分布情報（マスク光学画像）のメッシュ分割は、検査装置２００でなく、露光パラメータ決定装置１００で行ってもよい。
【００５３】
また、上記実施形態において、露光レシピ変換部１１６は、露光装置３００に設けられていてもよい。
【００５４】
上記実施形態では、露光パラメータ決定装置１００を検査装置２００、露光装置３００と別々に設けていたが、露光パラメータ決定装置１００と検査装置２００とを備える検査システムとしてもよいし、露光パラメータ決定装置１００と露光装置３００とを備える露光システムとしてもよい。
【００５５】
上述した実施形態で説明した露光パラメータ決定装置１００の少なくとも一部は、ハードウェアで構成してもよいし、ソフトウェアで構成してもよい。ソフトウェアで構成する場合には、露光パラメータ決定装置１００の少なくとも一部の機能を実現するプログラムをフレキシブルディスクやＣＤ−ＲＯＭ等の記録媒体に収納し、コンピュータに読み込ませて実行させてもよい。記録媒体は、磁気ディスクや光ディスク等の着脱可能なものに限定されず、ハードディスク装置やメモリなどの固定型の記録媒体でもよい。
【００５６】
また、露光パラメータ決定装置１００の少なくとも一部の機能を実現するプログラムを、インターネット等の通信回線（無線通信も含む）を介して頒布してもよい。さらに、同プログラムを暗号化したり、変調をかけたり、圧縮した状態で、インターネット等の有線回線や無線回線を介して、あるいは記録媒体に収納して頒布してもよい。
【００５７】
なお、本発明は上記実施形態そのままに限定されるものではなく、実施段階ではその要旨を逸脱しない範囲で構成要素を変形して具体化できる。また、上記実施形態に開示されている複数の構成要素の適宜な組み合わせにより、種々の発明を形成できる。例えば、実施形態に示される全構成要素から幾つかの構成要素を削除してもよい。さらに、異なる実施形態にわたる構成要素を適宜組み合わせてもよい。
【符号の説明】
【００５８】
１００  露光パラメータ決定装置
１０１  入出力部
１０２  制御部
１１０  演算部
１１１  画像処理部
１１２  シミュレーション実行部
１１３  評価値算出部
１１４  パラメータ設定部
１１５  補間処理部
１１６  露光レシピ変換部
１２０  記憶部
１２１  光強度分布情報記憶領域
１２２  評価値許容範囲記憶領域
１２３  パラメータ記憶領域
１２４  露光レシピ記憶領域
２００  検査装置
３００  露光装置
【図１】
2012043942.tif 000003
【図２】
2012043942.tif 000004
【図３】
2012043942.tif 000005