JP2011176119A - 露光条件及びマスクパターンのうち少なくとも一方を決定する決定方法及びプログラム - Google Patents

Abstract

【課題】 露光装置に起因する像の横ずれがあっても、実際に露光を行った場合に所望の像が得られる露光条件またはマスクパターンを決定する。
【解決手段】 露光装置の露光条件及びマスクのパターンのうち少なくとも一方をコンピュータを用いて決定する決定方法であって、露光装置は光源からの光を用いてマスクを照明する照明光学系と、前記マスクのパターンを基板に投影する投影光学系とを備える。該方法は、露光装置に起因する像の横ずれに関する情報を用いて投影光学系の物体面にあるパターンの像を計算し、該計算結果に基づいて、露光条件及びマスクのパターンのうち少なくとも一方を決定する。
【選択図】 図１

Description

本発明は、露光条件及びマスクパターンのうち少なくとも一方を決定する決定方法及びプログラムに関する。

近年、半導体デバイスの微細化が進み、露光装置によるパターンの転写（解像）が困難になってきている。そこで、露光装置においては、半導体デバイスの微細化に対応するために、変形照明や光近接効果補正（ＯＰＣ）などの超解像技術が用いられ、マスクのパターンやマスクを照明する際の有効光源形状を最適化することが行われている。特許文献１によれば、露光工程で所望の像を得るために、露光量及びデフォーカス量の少なくともいずれかを考慮して露光条件を決定する方法が書かれている。

特開２００９−３０２２０６号公報

マスクもしくは基板を支持しているそれぞれのステージは所望の位置にあるべきであるが、実際には所望の位置の近傍で微小な振幅で、１回の露光時間と比較して同程度、もしくは短い周期で振動していることが分かっている。振動はｘ、ｙ、ｚのそれぞれの方向に起こっている可能性がある。ｚ方向は投影光学系の光軸方向、ｘ、ｙ方向はｚ方向と垂直な方向であって、ステージの移動方向である。また、スキャン露光の場合は、マスクのステージと基板のステージが同期してスキャンするのが理想であるが、実際には微小なずれが生じている。これらステージの振動、及び、ステージの非同期性はＭＳＤ（Ｍｏｖｉｎｇ Ｓｔａｎｄａｒｄ Ｄｅｖｉａｔｉｏｎ）と呼ばれている。

ＭＳＤがある場合、基板上のある一点が露光されている間に像が横ずれし、もしくは、横ずれした複数の像が重ね合わされることになり、レジスト像（潜像）などのウエハ上に形成される像がぼけてしまうことになる。また、投影光学系にディストーションがある場合、スキャン露光を行うとＭＳＤと同様に横ずれした像の重ね合せになり、同様に像がぼけてしまう。

本発明者は、このＭＳＤ等が像の形状に大きく影響する場合があることを発見した。しかしながら、従来の露光条件やマスクパターンの決定方法においては、このＭＳＤ等による像の横ずれの影響が考慮されていなかった。そのため、最適化計算により得られた結果の露光条件もしくはマスクパターンで実際に露光を行った場合に所望の像が形成されないという問題があった。

そこで、本発明は、露光装置に起因する像の横ずれがあっても、実際に露光を行った場合に所望の像が得られる露光条件及びマスクパターンのうち少なくとも一方を決定することを目的とする。

上記の課題を解決するために、本発明の一側面としての決定方法は、光源からの光を用いてマスクを照明する照明光学系と、前記マスクのパターンを基板に投影する投影光学系とを備える露光装置の露光条件及びマスクのパターンのうち少なくとも一方をコンピュータを用いて決定する決定方法であって、前記露光装置に起因する像の横ずれに関する情報を用いて前記投影光学系の物体面にあるパターンの像を計算する計算ステップと、該計算結果に基づいて、前記露光条件及び前記マスクのパターンのうち少なくとも一方を決定する決定ステップとを有することを特徴とする。

本発明によれば、露光装置に起因する像の横ずれがあっても、実際に露光を行った場合に所望の像が得られる露光条件及びマスクパターンのうち少なくとも一方を決定することができる。

本発明の第１実施例における決定方法のフローチャートである。 本発明の第１実施例におけるマスクパターンを示す図である。 マスクパターンを関数化するためのマスクパターンパラメーターを示す図である。 有効光源形状を関数化するための有効光源形状パラメーターを示す図である。 （ａ）実施例１のマスクパターンの調整結果を示す図である。（ｂ）実施例１の有効光源形状の調整結果を示す図である。（ｃ）実施例１の微小振動がある場合の像を示す図である。 （ａ）従来例でのマスクパターンの調整結果を示す図である。（ｂ）従来例での有効光源形状の調整結果を示す図である。（ｃ）従来例での微小振動がある場合の像を示す図である。 （ａ）実施例２のマスクパターンの調整結果を示す図である。（ｂ）実施例２の有効光源形状の調整結果を示す図である。（ｃ）実施例２の微小振動がない場合の像を示す図である。（ｄ）実施例２の微小振動がある場合の像を示す図である。

以下に、本発明の好ましい実施形態を添付の図面を用いて詳細に説明する。

実施例１ではある特定の値でＭＳＤが発生している露光装置で露光を行う場合に、適する有効光源形状とマスクパターンを計算によって求めることを考える。
なお、本実施例において、投影に用いる光源はＡｒＦエキシマレーザー（波長１９３ｎｍ）、投影光学系のＮＡは０．９３としている。

図１は露光条件とマスクパターンの決定方法のフローチャートを示している。かかる決定方法は、光源からの光を用いてマスクを照明する照明光学系と、物体面に配置されるマスクのパターンを基板（ウエハなど）に投影する投影光学系とを備える露光装置の露光条件及びマスクのパターンのうち少なくとも一方を決定（最適化）する。また、かかる決定方法は、例えば、フローチャートの各ステップを実行可能なプログラムを、ネットワーク又は記録媒体を介して情報処理装置であるコンピュータに供給し、情報処理装置がプログラムを読み出して実行することによって実現される。また、情報処理装置が、メモリ等の記憶媒体に記憶されたプログラムを読み出して実行することによっても実現されうる。

以下、このフローチャートの順番に従って説明する。

Ｓ１０１では、変数を設定する。図２はＤＲＡＭのメモリーセルに対するのマスクパターンの一例である。このマスクパターンの像において、線幅ＬＷ１、ＬＷ２、縦方向の間隔Ｇａｐが所望の値になるようにマスクパターンの各部の寸法と照明の有効光源の形状を調整することを考える。なお、有効光源分布（照明形状）は、照明光学系の瞳面に形成される光強度分布であり、マスクを照明する光の角度分布でもある。マスクパターンは図３のように各辺の長さを表すＡ、Ｂ、Ｃ、Ｄ、Ｅ、Ｆの６つのパラメーターを用いて関数化して表すこととする。ここでは、マスクのパターンを複数の多角形の組み合わせで構成される形状として、複数の多角形のそれぞれの辺の長さを、マスクパターンのパラメーターとして設定する。なお、パターン配置の周期はＸ方向に１３０ｎｍ、Ｙ方向に２５０ｎｍに固定している。有効光源形状は図４のように角度Ψ_１、Ψ_２、外σ値σ_ａ、内σ値σ_ｂの４つのパラメーターを用いて関数化して表すことにする。以上の１０個のパラメーター（パターンパラメーターと有効光源形状パラメーター）からなるパラメーター空間を構成し、かかるパラメーター空間においてパターンパラメーター及び有効光源形状パラメーターを最適化する。各パラメーターの初期値は適切な任意の数値に設定され、最適化の繰り返し計算の中で、各パラメーターの値が順次仮決定されている。

次に、露光装置に起因する像の横ずれに関する情報を取得する（Ｓ１０２）。

このステップはＭＳＤをモデル化し、そのモデルに必要な情報を取得するステップである。情報処理装置の演算部（ＣＰＵ等）は、この情報をメモリに記憶されたデータから取得してもよいし、装置外部からデータを取得してもよい。ここでは基板ステージが水平方向のｘ、ｙ方向にそれぞれ微小に振動していることを考える。基板上の１点を露光しているときに基板ステージが振動するということは、静止しているときの像が位置をずらして重ね合わされることに相当する。それぞれの方向のステージ位置の存在確率が標準偏差σ_ｘ、σ_ｙの正規分布をしていると仮定すると、微小振動がある場合の光学像は微小振動がない場合の光学像にガウス関数をコンボリューションしたもので近似することができる。本実施例ではσ_ｘ＝σ_ｙ＝１０ｎｍとし、これを横ずれの程度を規定する設定値とする。なお、σ_ｘとσ_ｙが異なる値であっても構わない。なお、問題となるのはマスクの支持構造と基板の支持構造の相対的な振動、もしくは、スキャンの非同期性なので、実際にはどちらの支持構造に起因する振動なのかを区別する必要はない。

Ｓ１０３では、評価量を設定する。本実施例では基準露光量と基準露光量±５％の合計３つの露光量でのＬＷ１、ＬＷ２、Ｇａｐの目標値からのずれ量のＲＭＳを評価量と設定する。なお、基準露光量はＬＷ１が目標寸法となる露光量とした。本実施例でのＬＷ１の目標値は６５ｎｍ、ＬＷ２の目標値は８０ｎｍ、Ｇａｐの目標値は１００ｎｍである。

Ｓ１０４では、評価量を算出する。Ｓ１０１で設定した変数の現在の値を用いてＳ１０２で設定したＭＳＤを考慮して、像面上の光学像を求め、Ｓ１０３で設定した評価量を算出する。より具体的には、現在の変数パラメーター値Ａ、Ｂ、Ｃ、Ｄ、Ｅ、Ｆ、Ψ_１、Ψ_２、σ_ａ、σ_ｂとＭＳＤを表すσ_ｘ、σ_ｙを用いて像を計算し、ＬＷ１、ＬＷ２、Ｇａｐの目標値からのずれ量を調べる。

Ｓ１０５では、終了判定を行う。変数の調整を終了して良いかを判定する。判定基準は、Ｓ１０４での計算結果（評価量）の大小で決めても良いし、繰り返し計算回数で決めても良い。

Ｓ１０６では、変数の調整を行う。変数の変更の仕方としては、モンテカルロ法を用いてランダムに変更しても構わないし、遺伝的アルゴリズムなどの方法を用いても構わない。

次に、本方法で求めた結果を示す。図５（ａ）は本方法で求めたマスクパターン、図５（ｂ）は本方法で求めた有効光源形状、図５（ｃ）はσ_ｘ＝σ_ｙ＝１０ｎｍのときの像を示している。図中の３つの線分は、ＬＷ１、ＬＷ２、Ｇａｐを計測した位置である。表１は本実施例で求めた各変数の調整結果である。

このとき、σ_ｘ＝σ_ｙ＝１０ｎｍの場合、基準露光量と基準露光量±５％の３つの露光量での各評価寸法の目標値からのずれ量のＲＭＳは３．１ｎｍだった。

（比較例）
比較のために、従来の方法として、ＭＳＤを考慮せずに各変数を調整した例を示す。図６（ａ）はその結果のマスクパターン、図６（ｂ）は有効光源形状、図６（ｃ）はσ_ｘ＝σ_ｙ＝１０ｎｍのときの基準露光量での像を示している。表２は各変数の調整結果を示している。このとき、σ_ｘ＝σ_ｙ＝１０ｎｍの場合、基準露光量と基準露光量±５％の３つの露光量での各評価寸法の目標値からのずれ量のＲＭＳは４．２ｎｍだった。

以上の結果から、ＭＳＤを考慮して露光条件やマスクパターンを調整することによって、ＭＳＤがある露光装置において、より望ましい露光結果が得られることが分かる。

本実施例では露光条件とマスクパターンを関数化したが、必ずしも関数化する必要はない。例えば、あらかじめ複数の露光条件と複数のマスクパターンを準備しておき、その中から好ましい組合せを選択しても構わない。

実施例２ではＭＳＤがある値以下である複数の露光装置で露光を行う場合に適する有効光源形状とマスクパターンを求めることを考える。実施例２は実施例１と異なる部分のみ説明する。実施例２は実施例１とＳ１０３の評価量の設定が異なる。

本実施例では基準露光量と基準露光量±５％の合計３つの露光量それぞれに対する、σ_ｘ＝σ_ｙ＝０ｎｍの場合とσ_ｘ＝σ_ｙ＝１０ｎｍの場合でのＬＷ１、ＬＷ２、Ｇａｐの目標値からのずれ量のＲＭＳを評価量と設定する。なお、本実施例では（σ_ｘ，σ_ｙ）＝（０ｎｍ，０ｎｍ）と（σ_ｘ，σ_ｙ）＝（１０ｎｍ，１０ｎｍ）の２通りを評価量を計算する条件として選んだが、３通り以上であっても構わないし、また、σ_ｘ≠σ_ｙであっても構わない。特にσ_ｘ≠σ_ｙの場合は露光量やフォーカスの変更による改善は困難であるため、更に効果が大きい。

次に、本方法で求めた結果を示す。図７（ａ）は本方法で求めたマスクパターン、図７（ｂ）は本方法で求めた有効光源形状、図７（ｃ）はσ_ｘ＝σ_ｙ＝０ｎｍの場合の基準露光量での像、図７（ｄ）はσ_ｘ＝σ_ｙ＝１０ｎｍの場合の基準露光量での像を示している。表３は各変数の調整結果を示している。

このとき、σ_ｘ＝σ_ｙ＝０ｎｍの場合、基準露光量と基準露光量±５％の３つの露光量での各評価寸法の目標値からのずれ量のＲＭＳは３．１ｎｍだった。また、σ_ｘ＝σ_ｙ＝１０ｎｍの場合、基準露光量と基準露光量±５％の３つの露光量での各評価寸法の目標値からのずれ量のＲＭＳは３．４ｎｍだった。

（比較例）
比較のために、従来の方法として、ＭＳＤを考慮せずに各変数を調整した例での評価結果を示す。なお、このときの各変数の値は表２に示されている。このとき、σ_ｘ＝σ_ｙ＝０ｎｍの場合、基準露光量と基準露光量±５％の３つの露光量での各評価寸法の目標値からのずれ量のＲＭＳは２．８ｎｍだった。また、σ_ｘ＝σ_ｙ＝１０ｎｍの場合、基準露光量と基準露光量±５％の３つの露光量での各評価寸法の目標値からのずれ量のＲＭＳは４．２ｎｍだった。

従来の方法はＭＳＤがないときは当然良い結果が得られるが、ＭＳＤがある場合は本実施例よりも悪い結果となり、デバイスの歩留まりをひどく悪化させる可能性がある。

本実施例では変数として露光条件とマスクパターンの両方を用いたが、いずれか一方であっても構わない。本実施例では３つ露光量について評価したが、３つ以外であっても構わないし、デフォーカスについても考慮しても構わない。

本実施例では評価量として、各評価寸法の目標値からのずれ量のＲＭＳを利用したが、評価寸法の目標値からのずれ量の絶対値の最大値を利用しても構わないし、絶対値の和を利用しても構わない。また、評価量に各着目寸法の（σ_ｘ，σ_ｙ）＝（０ｎｍ，０ｎｍ）の時の寸法と、（σ_ｘ，σ_ｙ）＝（１０ｎｍ，１０ｎｍ）の時の寸法との差を利用しても構わない。また、各評価寸法毎のずれ量に個別のウエートをかけたものを利用しても構わない。また、像上の一つもしくは複数の点の像強度や像強度の傾斜を評価量に利用しても構わない。

本実施例では露光条件として、有効光源の形状を変数としたが、有効光源の強度分布、有効光源の偏光状態、投影光学系のＮＡ、投影光学系の瞳関数、照明光の波長分布などを変数としても構わない。本実施例での像は光学像だが、レジスト像やエッチング像などを用いても構わない。その場合、レジストモデルやエッチングモデルのパラメーターを変数としても構わない。また、本実施例ではマスクパターンの形状を変数としたが、マスクパターンの透過率や位相を変数としても構わない。また、解像しない補助パターンの位置や寸法を変数としても構わない。また、多重露光を行う場合のそれぞれの露光量を変数としても構わない。

本実施例ではマスクを保持しているステージか、基板を保持しているステージの微小振動、もしくはスキャンの非同期性を考慮しているが、投影光学系の振動を考慮しても構わないし、照明光学系の振動でも構わない。むしろ、振動や非同期性の全てを合わせたものをＭＳＤと捉えるべきである。

本実施例ではＭＳＤによって像がぼけることを例にとって示したが、他にも同様に像をぼかす要因があり、同じように考慮できるものがある。例えば、基板上の一点が露光されている間にその点でのディストーションが変化した場合、位置がずれた像が重なることになり、同様のぼけが発生し、同様に考慮することによって露光条件やマスクパターンを調整することができる。また、スキャン露光の場合は、基板上の一点を露光するのは投影光学系のスキャン方向の直線上の像領域だが、その部分のディストーションが一定していない場合もずれた像の重ね合わせになり像がぼける。その場合も同様に考慮することができる。

本実施例ではＭＳＤが異なる複数の露光装置に対して、共通して露光条件やマスクパターンの調整を行うことを考えた。しかし、同様のことを一台の露光装置に対して考えることができる。例えばスキャン露光の場合に投影光学系の露光領域各部のディストーションが異なる場合である。基板上のある一点を露光する投影光学系のある画面領域にはほとんどディストーションがなく、別の一点を露光する投影光学系のある画面領域には比較的大きなディストーションがある場合、この二点にはディストーションの差により異なるぼけが発生する。この状態は一台の露光装置に対して、複数のＭＳＤの状態が同時に存在しているような状態である。この状態も本実施例と同じ手法で、この二点（二状態）に対して露光条件やマスクパターンの調整を行うことができる。また、三点（三状態）以上に対しても同様に調整を行うことができることは言うまでもない。

また、スキャン露光の場合、一般にＭＳＤはスキャンスピードに依存する。従って、一台の露光装置に対しても、何らかの理由で複数の異なるスキャンスピードで露光することがあるならば、複数のＭＳＤの状態がありえる。このような状態に対しても本発明は有効である。

以上述べたように、本発明は露光装置に起因する露光中の像の横ずれがある場合に、露光条件とマスクパターンの好ましい決定方法を提供することができる。

Claims (6)

1. 光源からの光を用いてマスクを照明する照明光学系と、前記マスクのパターンを基板に投影する投影光学系とを備える露光装置の露光条件及びマスクのパターンのうち少なくとも一方をコンピュータを用いて決定する決定方法であって、
   前記露光装置に起因する像の横ずれに関する情報を用いて前記投影光学系の物体面にあるパターンの像を計算する計算ステップと、
   該計算結果に基づいて、前記露光条件及び前記マスクのパターンのうち少なくとも一方を決定する決定ステップとを有することを特徴とする決定方法。
2. 前記露光装置に起因する像の横ずれに関する情報はＭＳＤであることを特徴とする請求項１に記載の決定方法。
3. 前記計算ステップにおいて、前記露光条件のパラメーター及び前記マスクのパターンのパラメーターを設定し、仮決定された該パラメータの値を用いて前記像を計算し、
   前記決定ステップにおいて、該計算結果に基づいて、前記露光条件及び前記マスクのパターンを決定することを特徴とする請求項１に記載の決定方法。
4. 前記マスクのパターンを複数の多角形の組み合わせで構成される形状として、前記複数の多角形のそれぞれの辺の長さを、前記マスクパターンのパラメーターとして設定することを特徴とする請求項３に記載の決定方法。
5. 前記露光装置に起因する像の横ずれに関する情報に、前記横ずれの程度を規定する複数の設定値が含まれ、
   前記計算ステップでは、互いに異なる複数の設定値のそれぞれについて、前記投影光学系の物体面にあるパターンの像を計算することを特徴とする請求項１に記載の決定方法。
6. 光源からの光を用いてマスクを照明する照明光学系と、前記マスクのパターンを基板に投影する投影光学系とを備える露光装置の露光条件及びマスクのパターンのうち少なくとも一方をコンピュータに決定させるプログラムを記録したコンピュータで読み取り可能な記録媒体であって、
   前記プログラムは、前記コンピュータに、
   前記露光装置に起因する像の横ずれに関する情報を用いて前記投影光学系の物体面にあるパターンの像を計算する計算ステップと、
   該計算結果に基づいて、前記露光条件及び前記マスクのパターンのうち少なくとも一方を決定する決定ステップとを実行させることを特徴とするプログラム。

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