(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
厚みを有する立体マスクの表面に対して斜め方向から露光光を照射し、該マスクに形成されたパターンを投影光学系により基板上に転写する際の光強度分布を、立体マスクを厚みのない薄型マスクと仮定してシミュレーションする方法であって、
所定の面積比（所定のマスク領域内における開口部の割合）を有する薄型マスクを用いた場合と、前記薄型マスクと同一の面積比を有する立体マスクを用いた場合とで、前記転写プロセスにおける前記投影光学系の瞳面上での０次回折光と１次回折光との位相差及び振幅比を計算し、該計算結果から薄型マスクから立体マスクへの位相差及び振幅比のシフト量をそれぞれ予め取得しておき、
任意の面積比を有する薄型マスクを用いた前記転写プロセスにおける前記投影光学系の瞳面上での０次回折光と１次回折光との位相差及び振幅比を計算し、
計算した前記位相差及び振幅比に前記シフト量を追加することで得られる新たな位相差及び振幅比を設定した前記任意の面積比を有する薄型マスクを用いた転写プロセスのシミュレーションを行うことを特徴とするシミュレーション方法。
【請求項２】
前記面積比は、周期パターンにおける開口部の割合であることを特徴とする請求項１記載のシミュレーション方法。
【請求項３】
前記シフト量を取得するために用いられる薄型マスク及び立体マスクと、前記シミュレーションに用いられる薄型マスクは、同一ピッチの周期パターンを有することを特徴とする請求項２記載のシミュレーション方法。
【請求項４】
前記シミュレーションは、前記シフト量を取得するために用いられる立体マスクと同一の厚みを有する立体マスクを用いた転写プロセスの光強度分布のシミュレーションであることを特徴とする請求項１乃至３の何れかに記載のシミュレーション方法。
【請求項５】
厚みを有する立体マスクの表面に対して斜め方向から露光光を照射し、該マスクに形成されたパターンを投影光学系により基板上に転写する際の光強度分布を、立体マスクを厚みのない薄型マスクと仮定してシミュレーションする方法を、コンピュータを用いて実行するためのコンピュータ読み取り可能なプログラムであって、
所定の面積比（所定のマスク領域内における開口部の割合）を有する薄型マスクを用いた場合と、前記薄型マスクと同一の面積比を有する立体マスクを用いた場合とで、前記転写プロセスにおける前記投影光学系の瞳面上での０次回折光と１次回折光との位相差及び振幅比を計算し、該計算結果から薄型マスクから立体マスクへの位相差及び振幅比のシフト量をそれぞれ読み出す手順と、
任意の面積比を有する薄型マスクを用いた前記転写プロセスにおける前記投影光学系の瞳面上での０次回折光と１次回折光との位相差及び振幅比を計算する手順と、
計算した前記位相差及び振幅比に前記シフト量を追加することで得られる新たな位相差及び振幅比を設定した前記任意の面積比を有する薄型マスクを用いた転写プロセスのシミュレーションを行う手順と、
をコンピュータに実行させることを特徴とするプログラム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、半導体装置の製造に用いるリソグラフィシミュレーション技術に係わり、特にリソグラフィプロセスにおいて基板上での光強度をシミュレーションするためのシミュレーション方法に関する。さらに、このシミュレーション方法をコンピュータにより実施するためのプログラムに関する。
【背景技術】
【０００２】
４５ｎｍノードの半導体装置の製造において、ＡｒＦ光の液浸、高ＮＡによるリソグラフィプロセスを用いる場合、マスク上のパターンのサイズはＡｒＦ光の波長とほぼ同じになる。この場合、マスクトポグラフィによる導波路効果や、斜入射光による遮蔽の影響は無視できないものになる。
【０００３】
そこで、ＬＳＩの設計に向けたリソグラフィシミュレーションにおいて、例えばマスクを通して基板表面上に照射される光の強度分布をシミュレーションする際には、マスクの厚みや、光の入射角度を厳密に考慮しなくてはならない。即ち、マスク立体構造を考慮したマクスウェル方程式の厳密解計算が必須となる。しかし、この場合、従来の厚みがないものと仮定した薄膜マスクで行っていたシミュレーション（薄膜マスク近似計算）よりも１０倍〜１００倍のオーダーで時間がかかってしまう。実際の開発においては設計の速度が重要であり、このような計算時間の増大は大きな問題となる。
【０００４】
この問題を回避するために、光源から立体のマスクパターンを見込んだときの、半透過部分と透過部分の大きさを幾何的に考慮し、平面型マスクパターン（薄膜マスク）として新たに定義し直し、短時間に厳密考慮計算とほぼ同じ光学像を得る方法が提案されている（例えば、特許文献１参照）。しかし、この種の方法では、薄膜マスク近似計算での半透過部分の位相差は、照明光入射角度によらず一定で、フォーカスずれの予測精度の低いおそれがあった。
【０００５】
このように、マスクを通して基板表面上に照射される光の強度分布を測定する光強度分布シミュレーション方法においては、マスク立体構造を考慮したマクスウェル方程式の厳密解計算では、正確な測定は可能であるが、膨大な計算時間が必要になる問題があった。一方、特許文献１のように、立体のマスクパターンを平面型マスクパターンとして新たに定義し直した薄膜マスク近似計算では、計算時間は短縮できるものの、半透過部分の影響により正確な測定ができない問題があった。
【特許文献１】特開２００７−２７３５６０号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
本発明は、上記事情を考慮してなされたもので、その目的とするところは、リソグラフィシミュレーションにおいて、マスクを通して基板表面上に照射される光の強度分布を、薄膜マスク近似計算と同様に短時間で測定することができ、且つ薄膜マスク近似計算よりも正確に測定することのできるシミュレーション方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明の一態様は、厚みを有する立体マスクの表面に対して斜め方向から露光光を照射し、該マスクに形成されたパターンを投影光学系により基板上に転写する際の光強度分布を、立体マスクを厚みのない薄型マスクと仮定してシミュレーションする方法であって、所定の面積比（所定のマスク領域内における開口部の割合）を有する薄型マスクを用いた場合と、前記薄型マスクと同一の面積比を有する立体マスクを用いた場合とで、前記転写プロセスにおける前記投影光学系の瞳面上での０次回折光と１次回折光との位相差及び振幅比を計算し、該計算結果から薄型マスクから立体マスクへの位相差及び振幅比のシフト量をそれぞれ予め取得しておき、任意の面積比を有する薄型マスクを用いた前記転写プロセスにおける前記投影光学系の瞳面上での０次回折光と１次回折光との位相差及び振幅比を計算し、計算した前記位相差及び振幅比に前記シフト量を追加することで得られる新たな位相差及び振幅比を設定した前記任意の面積比を有する薄型マスクを用いた転写プロセスのシミュレーションを行うことを特徴とする。
【０００８】
また、本発明の別の一態様は、厚みを有する立体マスクの表面に対して斜め方向から露光光を照射し、該マスクに形成されたパターンを投影光学系により基板上に転写する際の光強度分布を、立体マスクを厚みのない薄型マスクと仮定してシミュレーションする方法を、コンピュータを用いて実行するためのコンピュータ読み取り可能なプログラムであって、所定の面積比（所定のマスク領域内における開口部の割合）を有する薄型マスクを用いた場合と、前記薄型マスクと同一の面積比を有する立体マスクを用いた場合とで、前記転写プロセスにおける前記投影光学系の瞳面上での０次回折光と１次回折光との位相差及び振幅比を計算し、該計算結果から薄型マスクから立体マスクへの位相差及び振幅比のシフト量をそれぞれ読み出す手順と、任意の面積比を有する薄型マスクを用いた前記転写プロセスにおける前記投影光学系の瞳面上での０次回折光と１次回折光との位相差及び振幅比を計算する手順と、計算した前記位相差及び振幅比に前記シフト量を追加することで得られる新たな位相差及び振幅比を設定した前記任意の面積比を有する薄型マスクを用いた転写プロセスのシミュレーションを行う手順と、をコンピュータに実行させることを特徴とする。
【発明の効果】
【０００９】
本発明によれば、マスクを通して基板表面上に照射される光の強度分布を、薄膜マスク近似計算と同様に短時間で測定することができ、且つ薄膜マスク近似計算よりも正確に測定することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１０】
以下、本発明の詳細を図示の実施形態によって説明する。
【００１１】
図１は、本発明の一実施形態に使用した投影露光装置の一例を示す概略構成図であり、１１は光源、１２はマスク、１３は投影光学系、１４はウエハ（基板）を示している。
【００１２】
この例は、光源１１として２つ目照明などを用いた斜め入射照明方式である。このため、光源１１（点光源Ａ）からの光はマスク平面に対して斜めに照射され、マスク１２からの０次回折光及び１次回折光は、投影光学系１３により集束され、ウエハ１４上に結像されるようになっている。ここで、投影光学系１３の瞳面における０次回折光と１次回折光との位置は、マスク上のパターンピッチに応じた距離だけ離れて位置し、その距離ｘは、パターンピッチの半分をＨＰ、露光光の波長をλとすると
ｘ＝λ／（２・ＨＰ）
で表される。
【００１３】
このような投影露光装置を用いた場合における、ウエハ１４上で光強度の分布をシミュレーションにより求める。そして、このシミュレーション結果に基づきマスク１２のパターンを補正することにより、ウエハ１４上に所望パターンを形成することができる。
【００１４】
先に説明したように、マスク立体構造を考慮した計算では、正確な測定はできるものの、多大な時間がかかる。そこで、（特許文献１）のように、影モデルによる薄膜マスク定義が検討されている。
【００１５】
まず、図２に示すように、立体構造を有するマスク２１を、斜入射による影効果（Shadowing effect）のみを考えて、新たに平面型マスク３１として定義する。なお、図中のθは露光光の入射角（照射光の光軸方向とマスクへの照射光の入射方向とのなす角）、ｄは遮光部（半透明部を含む）２２の厚さである。
【００１６】
例えば、ピッチ１００ｎｍの１：１コンタクトホールパターンを解像させるため、照明条件を１．３ＮＡ、四つ目照明、光軸から四つ目照明の目の中心までの距離σ＝０．８、露光装置の縮小率Ｍａｇ＝４とすると、四つ目照明の各目の中心の点光源からマスクへの光入射角度は次のように決まる。
【００１７】
sinθ＝ＮＡ×σ／Ｍａｇ＝0.26        ∴θ＝15.07deg
単純化のため、光軸からθだけ傾いた方向からの光照射に対して影となる部分は、照明光を遮光（半透過を含む）するものと仮定する。
【００１８】
新たに設定した開口（マスクパターンの）の大きさｗ’は、マスクパターンのもとの開口の大きさｗを７０ｎｍとすると，tanθ＝0.269260であることから、
ｗ’＝ｗ−ｄ・tanθ＝65.29ｎｍ
となる。
【００１９】
ここで、四つ目照明の各目からの照射光がマスク側面により遮光（半透過を含む）されて影となるマスク開口周辺部３２における位相差を考慮するために、図３に示すように、影となる部分３２（フリンジ）に、一定の透過率・位相を与えて計算する手法が提案されている。しかし、このようなマスク計算では、フリンジ３２を透過する回折光の位相分布は一意に決まる。
【００２０】
図４に、１：１の周期パターンの０次回折光と１次回折光との位相差のハーフピッチ（ＨＰ）依存性を示す。この図から、ＨＰが大きくなるに伴い、０次回折光−１次回折光の位相差が小さくなっているのが分かる。このような回折光の位相差は、シミュレーション精度に大きな影響を与える。
【００２１】
従って、従来方法では不十分であり、精度良いシミュレーションを行うには、回折光間の位相差分布の効果を正しく入れる必要がある。この点を考慮してフリンジにおける位相を固定するのではなく、各種のパラメータに応じた回折光間の位相差分布を考慮する必要がある。
【００２２】
図５は、異なるＨＰであるＨＰ１、ＨＰ２、ＨＰ３を持つパターンを光軸上の点光源から照明した場合の、投影光学系の瞳面上の０次回折光と１次回折光を表した模式図である。回折光を矢印で表し、矢印の大きさが回折光の振幅を、光軸の光源方向を正として矢印となす角度が位相を、それぞれ表している。３つの１次回折光は、異なるＨＰをＨＰ１、ＨＰ２、ＨＰ３を持つパターンを光軸上の点光源から照明した場合に異なる位置に回折光が現われることを示している。ここで、それぞれのＨＰの関係は、ＨＰ１＜ＨＰ２＜ＨＰ３である。図４からＨＰが小さいほど、０次回折光と１次回折光の位相差は大きくなる。さらに、それぞれのパターンに対応する０次回折光と１次回折光との距離ｘ１、ｘ２、ｘ３は
ｘ＝λ／（２・ＨＰ）
に従い、ｘ１＞ｘ２＞ｘ３の関係になる。
【００２３】
したがって、位相差Δφを、瞳面上での、０次回折光−１次回折光間隔ｘを変数とする量として与えることが可能である。
【００２４】
図６は、瞳面上位置における０次−１次位相差Δφを示す図である。位相差Δφは、
Δφ＝ｆ（ｘ，bias，θinc，ｄ）
ｘ：瞳面での０次回折光と１次回折光との距離
bias：周期マスクパターンのパターンサイズとＨＰとの差分量
θinc：照明光の入射角度
ｄ：マスク遮蔽部の膜厚
として表され、bias，θinc，ｄの条件の違いにより異なる値を取るため、条件毎に異なるグラフになっている。これらの条件により異なる位相差を計算するには多大な時間がかかり、シミュレーション時に計算するのはシミュレーションの速度を低下させる要因となる。
【００２５】
そこで、様々なリソグラフィ条件下での位相差を予め計算しておき、その結果をデータベース（ＤＢ）に格納又は関数化しておけば、シミュレーション時に必要な位相差をＤＢから取り出すことができる。しかし、この方法では、ＤＢを作成するのに多大な時間がかかってしまう。
【００２６】
そこで本実施形態では、１つのリソグラフィ条件において薄型マスクに対応する立体マスクの０次回折光と１次回折光との位相差及び振幅比を予め計算しておき、異なるリソグラフィ条件のマスクに対しては、上記の計算により得られる関係を基に位相差及び振幅比を設定する。このときのリソグラフィ条件としては、周期パターンにおける面積比（周期パターンにおける開口部の割合）であるバイアス値を用いる。
【００２７】
図７は、１：１のＬ／Ｓパターンを用いた場合のマスク立体効果による回折光バランスの変動を示す図である。薄型マスク（ＴＭＡ）に対し立体マスク（ＴＯＩ）は０次の回折光の振幅が大きく変化し、１次の回折光の振幅はあまり変わっていない。さらに、０次の回折光の位相は変化せず、１次の回折光の位相は僅かに変化している。このような振幅と位相の変動は、導波路の効果と照明光の斜入射効果によるものである。
【００２８】
図８は、図７に示す関係を基にバイアス依存性を計算した結果を示す図である。なお、図８の計算結果は、バイアス以外の条件であるパターンの膜厚やピッチ等の条件は一定とした。縦軸は、１次回折光と０次回折光との位相差であり、横軸は１次回折光と０次回折光との振幅比であり、横軸は対数目盛となっている。
【００２９】
ここで、Ｌ／Ｓパターンは、図９に示すように、例えばマスク上で８０ｎｍピッチのパターンであり、薄型マスクの複数個はバイアス値が異なるパターンである。バイアス値とは、周期パターンにおける開口の割合（面積比）である。図９（ａ）〜（ｃ）は何れも同一ピッチＬのＬ／Ｓパターンであり、例えば図９（ａ）は面積比０．８のＬ／Ｓパターン、図９（ｂ）は面積比１（１：１のＬ／Ｓパターン）、図９（c）は面積比１．２のＬ／Ｓパターンである。なお、図８では、バイアス値が異なることをパターンのライン寸法で示している。
【００３０】
図８に示すように、薄型マスク（ＴＭＡ）に対し立体マスク（ＴＯＩ）は０次回折光と１次回折光との位相差及び強度比共に大きくなっている。このとき、異なるバイアスに対して位相差及び強度比の変化の仕方は極めて似ており、ＴＭＡからＴＯＩへの変化の直線をバイアスの違いによる分だけ平行にシフトしたものとなっている。
【００３１】
従って、図８中に○で示した同じピッチとライン寸法を持つＴＭＡ（薄膜近似計算）とＴＯＩ（斜入射光とマスク立体構造厳密計算）との瞳上での回折光振幅比（１次回折光振幅／０次回折光振幅）及び位相差（１次回折光位相−０次回折光位相）の散布図上での位置関係が分かれば、バイアスを変更したときも、ＴＭＡ計算の対応するポイントさえ分かれば、実際にＴＯＩ計算すること無く、最初の位置関係から回折光の振幅比と位相差を予測可能である。
【００３２】
即ち、パターンの膜厚やピッチ等の条件が同じであれば、上記の関係を１つだけ計算しておくことにより、異なるバイアスのパターンに対して薄型マスクに対応する立体マスクの振幅比及び位相差を簡易に求めることができる。
【００３３】
具体的には、あるバイアスを有する薄型マスクを用いた場合と同一バイアスを有する立体マスクを用いた場合のそれぞれの０次回折光と１次回折光との位相差及び振幅比を予め計算する。そして、この計算結果により、薄型マスクから立体マスクへの位相差及び振幅比のシフト量を求めておく。そして、本実施例におけるリソグラフィシミュレーションに用いる所定のバイアスを有する立体マスクを薄型マスクと仮定し、該薄型マスクを用いた０次回折光と１次回折光との位相差及び振幅比を算出し、算出した位相差及び振幅比に対して予め求めておいた位相差及び振幅比のシフト量をシフトさせることにより、薄型マスクに対応する立体マスクの位相差及び振幅比を設定する。この設定された位相差及び振幅比を基に薄型マスクを用いてシミュレーションを行うことにより、正確なシミュレーションが可能となる。また、立体マスクを用いた厳密計算を実行する必要がなく、薄膜マスク近似計算とほぼ同様に短時間で測定することができる。ここで、シミュレーションに適用する立体マスクとシフト量の算出のために用いた立体マスクの膜厚やピッチを同一に設定する必要はないが、膜厚やピッチを同一に設定することで、より精度の高いシミュレーションを行うことができる場合がある。
【００３４】
また、多数・多種のバイアスを有するマスクに対して計算を行ってデータベースを作成するのと異なり、１つのバイアスに対して計算を行っておけば良いだけなので、シミュレーション準備のための前処理が極めて簡単に済む利点がある。
【００３５】
なお、本発明は上述した実施形態に限定されるものではない。実施形態では、Ｌ／Ｓパターンについてのパターン寸法設計の例を示したが、コンタクトホールであっても同様の方法で、短時間での設計を行うことができる。
【００３６】
また、マスク上にピッチが異なるパターンが存在する場合、異なるピッチ毎に１つのバイアスに対して薄型マスクに対応する立体マスクにおける０次回折光と１次回折光との位相差及び振幅比を予め計算すればよい。つまり、バイアス以外の異なる条件に対して、各条件毎に１つのバイアスに対する計算を行うだけで良い。
【００３７】
また、本実施形態では、周期パターンを有するマスクを用いたシミュレーションを行ったが、必ずしも周期パターンを有するマスクを用いる必要はない。例えば、所定の面積比（バイアス、即ち所定のマスク面領域内における開口部の割合）を有する薄型マスクと薄型マスクと同一の面積比を有する立体マスクを用いた転写プロセスにおける投影光学系の瞳面上での０次回折光と１次回折光との位相差及び振幅比のシフト量を取得し、任意の面積比（前記所定のマスク面領域と同一面積のマスク面領域内における開口部の割合でもよく、前記所定のマスク面領域と異なる面積のマスク面領域内における開口部の割合でもよい）を有する薄型マスクを用いた転写プロセスにおける投影光学系の瞳面上での０次回折光と１次回折光との位相差及び振幅比を計算し、計算した位相差及び振幅比にシフト量を追加することで設定した位相差及び振幅比を基に、任意の面積比を有する薄型マスクを用いた転写プロセスのシミュレーションを行うことが可能である。
【００３８】
また、本実施形態では、薄膜近似計算（ＴＭＡ）と、斜入射光を用いたマスク立体構造厳密計算（ＴＯＩ）との間の位相差及び振幅比のシフト量を求めたが、それらの計算の間にマスク立体構造のみ厳密に考慮し、マスクへの垂直入射光による瞳面上回折光の位相差と振幅比を求めるステップを設けることもできる。すなわち、シフト量を、薄膜近似計算で求めた位相差及び振幅比からの垂直入射光によるマスク立体構造考慮計算で求めた位相差及び振幅比へのシフト量と、垂直入射光によるマスク立体構造考慮計算で求めた位相差及び振幅比からの斜入射光を用いたマスク立体構造厳密計算で求めた位相差及び振幅比へのシフト量とに分解して、それらのシフト量を順に適用し、薄膜近似計算による回折光の位相差と振幅比から斜入射光とマスク立体構造厳密計算による位相差と振幅比を求めてもよい。
【００３９】
これによって、例えばマスクパターンは不変で、照明形状の変更に伴い光入射角度が変わった場合に、垂直入射光によるマスク立体構造考慮計算から、斜入射光によるマスク立体構造厳密計算への位相差と振幅比のシフト量のみを再計算するだけでよく、斜入射光によるマスク立体構造厳密計算の位相差と振幅比の解析が容易になる。
【００４０】
その他、本発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々変形して実施することができる。
【図面の簡単な説明】
【００４１】
【図１】本発明の一実施形態に使用した投影露光装置の一例を示す概略構成図。
【図２】立体構造のマスクを、斜入射による影効果のみを考えて、新たに平面構造のマスクとして定義した例を示す図。
【図３】開口部の周囲の影となる部分（フリンジ）に、固定の透過率・位相を与えて計算する手法を示す図。
【図４】１：１のＬ／Ｓパターンの０次回折光と１次回折光との位相差のＨＰ依存性を示す図。
【図５】投影レンズの瞳面における０次回折光と１次回折光との位相差を示す図。
【図６】投影レンズの瞳上位置における０次−１次位相差Δφを示す図。
【図７】マスク立体効果による回折光バランスの変動を示す図。
【図８】マスク立体効果による回折光バランスのバイアス依存性を示す図。
【図９】Ｌ／Ｓパターンにおけるバイアス（面積比）の違いを示す図。
【符号の説明】
【００４２】
１１…光源
１２…マスク
１３…投影光学系
１４…ウエハ（基板）
２１…立体構造マスク
２２…遮光部
３１…平面構造マスク
３２…開口部周辺の影となる部分（フリンジ）
【図１】
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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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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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