JP2013517618A - 近接効果補正によるウェーハ及びマスクの電子ビーム照射制御方法 - Google Patents

Abstract

【課題】 本発明は、ウェーハ及びマスクを製造するための電子ビームリソグラフィ方法に関する。邪魔をする近接効果の作用を低減するために、より正確な補正を可能とする、電子ビームを制御するための拡張した補正アルゴリズムを採用する。そのため、本発明の課題は、一つのパターンの全ての図形のコントラストとＣＤを最適に制御できる改善された補正方法を提供することである。本発明では、幾何学的な手法により、コントラスト制御のための追加のコントラストフレーム（ＫＲ）と残りの図形（Ｒ）を全ての図形（Ｆ）に対して生成し、次に、コントラストフレーム（ＫＲ）と残りの図形（Ｒ）の図形から、負のサイズ変更演算によって、より小さい図形（ＫＲ_size-SとＲ_size-S）を生成し、次に、照射量の割り当てによって、それらの図形（ＫＲ，Ｒ）の縁でレジスト閾値を達成するとの条件により、これらの図形（ＫＲ_size-SとＲ_size-S）を近接補正アルゴリズムに導入することによって、この課題を解決している。

Description

本発明は、ウェーハ及びマスクを製造するための電子ビームリソグラフィ方法に関する。邪魔をする近接効果の作用を低減するために、より正確な補正を可能とする、電子ビームを制御するための拡張した補正アルゴリズムを採用する。

電子ビーム照射設備を用いたパターン生成方法は、ずっと前から周知である。所要のパターンを小さい基本図形に分解して、感光性のラッカー層の上に投影する。レジストを成長させた後、そのパターンを出来る限り正確にレジストに投影している。所定の形状の電子ビーム（ガウス分布ビーム、フォームビーム或いはマルチピクセルビーム）をレジストに照射することによって、電子ビームの照射量分布と一致しない照射量分布がレジストに形成されている。その原因は、レジストと基板の原子又は分子による電子の散乱である。それは、近接効果と呼ばれている。

この場合、到達範囲が短い効果（約２０ｎｍ〜４０ｎｍ、前方散乱）と到達範囲が明らかに長い効果（約５，０００ｎｍ〜３０，０００ｎｍ、後方散乱）が発生する。その結果、電子ビームの拡大（照射量分布の乱れ）及び異なる基本図形の照射量分布の相互の影響が起こり、そのため、結局のところ、全ての所望の基本図形を同じ照射量及び変わらない幾何学形状で照射した場合、レジストに生じる照射量分布が歪曲されて、レジストに生成される構造が所望のパターンのＣＤを持たなくなる。従って、生成されたパターンは、通常所望の目的に使用できない。そのような効果を補正可能とするためには、先ず近接効果に関する数学モデルを設定しなければならない。

二つのガウス関数を重ね合わせることによって、その効果を規定できることが広く認識されており（数式１参照）、αとβは前方散乱と後方散乱の到達範囲を表し、ηはそれらの効果の大きさの比率を表している。

数式１：
この関数は、点広がり関数（ＰＳＦ）とも呼ばれている。その関数を当初は未だ決まっていない補正方法で使用可能とするためには、パラメータａとｂを決めなければならない。そのために、様々な方法に基づき、所定のテストパターンによる照射を行なって、レジスト内のテストパターンにおける図形のＣＤを計測している。しかし、その場合、ＰＳＦの外に、別の影響を一緒に測定して、それにより、校正を実施している。

それは、特に、電子相互のクーロン相互作用と、電磁投影システムのレンズの収差と、照射と成長時のレジストの化学反応で引き起こされる効果とによる所謂ビームのぼやけである。そのため、以下において、そのようなプロセス全体を通じて校正された関数は、「プロセス近接効果関数（ＰＰＦ）」と称する。ＰＰＦを定義するために、三つ以上のガウス関数を重ね合わせることが必要な場合が有る。

そして、その結果得られる照射量分布は、ＰＰＦとパターン自体の畳み込み演算の結果として算出することができる。容易に納得できる通り、その関数は、放射形対称であり、位置の依存せず、外側に向かって単調に低下して行く。

電子ビームリソグラフィによって生成されるレジストパターンを使用可能とするためには、（物理的な理由から）避けられない近接効果を補正しなければならない。電子ビームの照射量制御をサポートする電子ビーム照射設備では、通常その間にパターンの図形を小さい図形に細分して、場合によっては、そのような小さい図形に対して、個々の照射量を計算し、プロセス全体（レジストの照射と成長）の実行後に、パターンの図形が所望のＣＤを持つような措置が取られている。

任意のパターンに適した、照射量又は幾何学形状を補正する方法が特許文献１に記載されており、商業的に入手可能な周知のソフトウェアＰＲＯＸＥＣＣＯに実装されている。その方法は、「好適なフーリエ変換による展開」の数学的な方法をベースとしており、以下において、短く「展開」と称する。別の方法は、特許文献２に開示されている。

従来技術に対応する全ての補正方法は、幾つかの問題に苦しんでいる。我々に周知の近接効果補正方法は、パターン内の図形のＣＤがＰＰＦのαパラメータの約１．３倍よりも大きい場合（非特許文献１参照）にしか満足に機能しない。しかし、半導体技術の現在の技術水準は、約３５ｎｍのＣＤを求めており、２０１６年１月までに更に２２ｎｍのＣＤを求めている（ＩＴＲＳロードマップ）。現在入手可能な、半導体製造で使用可能な（特に、一つのプロセスに付随するレジストによる）リソグラフィプロセスは、約２５〜３０ｎｍのαパラメータを有する、即ち、下方には約３８〜４５ｎｍまでの直接照射しか可能ではない。如何にして、既存のプロセスに関する投影品質を一層改善するかに関する一連の提案が知られている（例えば、特許文献３参照）。これらの補正を改善するための全ての提案は、「展開」に基づく補正アルゴリズムの修正を目指しており、これまで大きな品質の改善を実現していない。

ドイツ特許第４３１７８９９号明細書 ドイツ特許第１９８１８４４０号明細書 米国特許公開第２００８／００６７４４６号明細書

E. Seo, O. Kim, "Dose and Shape Modification Proximity Effect Correction for Forward Scattering Range Scale Features in Electron Beam Lithography", Jpn. J. Appl. Phys. Vol. 39 (2000) pp. 6827-6830 C. Sauer, C.A. Mack, "Electron-beam lithography simulation for mask making, part IV: Effect of resist contrast on isofocal dose", Photomask and X-Ray Mask Technology VI, Proc. SPIE Vol. 3748 (1999)

以上のことから、本発明の課題は、一つのパターンの全ての図形のコントラストとＣＤを最適に制御できる改善された補正方法を提供することである。

別の課題は、そのような補正方法を所定の周知の補正アルゴリズムとＰＰＦの規定形態に関係無い形で構成することである。

本課題は、本発明による請求項１の特徴により解決される。

この新しい方法は、以下の考えと知見に基づいている。

近接効果のモデルから、非常に特殊なパターンに対して、近接効果の補正を数学的な「展開」機構無しに算出できるとの結果が得られている。そのパターンは、一つの面の二つの次元に無限に延びる、等間隔の線と隙間から成る見本である。

照射量を計算した場合、直線の図形に関する比較的正しい照射量が、線の幅にも具体的なＰＰＦにも関係無く、常に１．０と等しいことが分かった。ここで、その結果として得られる照射量分布（非特許文献１と２）を計算するために（即ち、照射量分布をシミュレーションするために）、任意のＰＰＦを使用した場合（これは、数学的な展開機構が無くとも可能である）、αパラメータの約０．６５倍で初めてレジストのコントラストが最終的に消え去ることが分かった（図１参照）。

即ち、密な線のパターンを仮定すると、如何なる場合でも、それより小さい構造を投影することができない。しかし、実際には、αパラメータの約１．３倍の場合に既に投影限界に達していると、実験が示している（非特許文献１）。しかし、（その結果が両方に関係無く正しいと見做されているために）補正も校正も間違っている可能性が有るので、ＰＰＦの別の補正アルゴリズム又は校正によって、その範囲での投影の改善を実現しようとする全ての試みも、必ず失敗すると判断しなければならない。

この問題の原因は、全ての周知の方法が、投影後の図形のＣＤの制御によって、「正しい」ＣＤ、即ち、投影前のＣＤを実現すること（ＣＤ制御）を追求していることに有る。前記のαの約０．６５倍〜αの１．３倍の範囲において、ＣＤ制御は不十分であり、コントラスト制御によって補完しなければならない。パターンのコントラスト（投影パターンのデータでは、「図形」と「隙間」の間のコントラストは常に１．０に等しい）を実現できなかった場合でも、実現可能なコントラストの最大化を実行して、当該の範囲での投影を実現しなければならない。

そのため、幾何学的に導き出す照射量補正方法を導入する。その場合、コントラストの制御は、サイズ変更パラメータＳによって決まる（図２参照）。

この場合、サイズ変更演算によって、ｘとｙ方向における図形の大きさをそれぞれ大きさＳ（例えば、１０ｎｍ）だけ縮小する。次に、補正のためにＰＰＦを使用する照射プロセスが照射時に正確に当初の図形の線幅を生成するように、図形に割り当てる照射量を補正する。図２の曲線は、実際に線幅が常に等しいが、サイズ変更パラメータが大きくなると、レジスト閾値の位置でのコントラスト、特に、コントラストの勾配が同様に大きくなることを示している。

この方法は、同じ線幅の図形から成るテストパターンでは明らかに良好に機能するが、一般的なパターンのコントラスト制御に対しては未だ不十分である。一般的なパターンには、所定の大きさの図形だけでなく、多くの図形が混ざったものも含まれている。

今では、全てのＰＦＦに関して、図形の幅に応じて、コントラストに一つの転換点が存在することを発見した。それは、ＰＰＦのαパラメータの約２．５倍の所に有る（図３参照）。

そのような物理的な実態の知見から、この新しい方法の工程が導き出される。この場合、コントラストスタンプの幅のパラメータＫを更に導入していることが重要である。

この請求項１に記載の新しい方法は、電子ビームの照射時のコントラストとＣＤを同時に制御することによって、一つのパターンの全ての図形の高い投影精度を可能としている。

本方法の幾つかの工程に関する更に別の有利な変化形態は、従属請求項２〜４に記載されている。

従属請求項５には、大きな図形内の小さな隙間を見分けることが可能な本方法の変化形態が提示されている。そのため、補正アルゴリズムの実行時の小さな隙間の見過ごしが防止される。

以下において、一つの例により本方法を説明する。

線幅に応じたコントラストの推移を示すグラフ 異なるサイズ変更パラメータに対する照射量分布グラフ 最小照射量とコントラストの推移を示すグラフ 図形Ｆで一つのパターンを表す原理図 ＦからＫＲ及びＲへの変換図

図４の線状の隙間を切り取った四角形の形状の図形Ｆは、一つのパターンの任意の複雑な図形に対する見本としての役割を果たしている。第一の演算では、Ｆから、残りの図形Ｒを生成する。それは、（２×Ｓ＋Ｋ）の大きさによる負のサイズ変更演算によって実行される。コントラストフレームＫＲは、図形Ｆからの残りの図形Ｒの幾何学的な減算（ＫＲ＝Ｆ＼Ｒ）によって生成される。

ここで得られた図形のコントラストフレームＫＲと残りの図形Ｒは、それぞれＳの大きさによる負のサイズ変更演算によって、ＫＲ_size-SとＲ_size-Sに縮小される。そして、ＫＲ_size-SとＲ_size-Sは、図形ＫＲの縁でレジスト閾値を正確に達成するとともに、図形Ｒの領域でレジスト閾値を上回ることを保証するように、それぞれ照射量を割り当てるとの条件の下で、一緒に近接効果補正アルゴリズムに引き渡される。

ＣＤ 構造幅
Ｆ 図形
Ｋ コントラストスタンプの幅
ＫＲ コントラストフレーム
ＫＲ_size-S ＫＲを縮小した図形
Ｒ 残りの図形
Ｒ_size-S Ｒを縮小した図形
Ｓ サイズ変更パラメータ

数式１：

この関数は、点広がり関数（ＰＳＦ）とも呼ばれている。その関数を当初は未だ決まっていない補正方法で使用可能とするためには、パラメータαとβを決めなければならない。そのために、様々な方法に基づき、所定のテストパターンによる照射を行なって、レジスト内のテストパターンにおける図形のＣＤを計測している。しかし、その場合、ＰＳＦの外に、別の影響を一緒に測定して、それにより、校正を実施している。

Claims (5)

1. 補正アルゴリズムによる近接効果補正により、ウェーハ及びマスクの電子ビーム照射を制御する方法において、
   幾何学的な手法により、コントラスト制御のための追加のコントラストフレーム（ＫＲ）と残りの図形（Ｒ）を全ての図形（Ｆ）に対して生成することと、
   コントラストフレーム（ＫＲ）と残りの図形（Ｒ）の図形から、負のサイズ変更演算によって、より小さい図形（ＫＲ_size-SとＲ_size-S）を生成することと、
   次に、照射量の割り当てによって、それらの図形（ＫＲ，Ｒ）の縁でレジスト閾値を達成するとの条件の下で、これらの図形（ＫＲ_size-SとＲ_size-S）を近接補正アルゴリズムに導入することと、
   を特徴とする方法。
2. 前記の幾何学的な手法が、
   ２×サイズ変更パラメータ（Ｓ）＋コントラストスタンプの幅（Ｋ）の大きさによる負のサイズ変更演算によって、図形（Ｆ）から、残りの図形（Ｒ）を生成する工程と、
   図形（Ｆ）からの残りの図形（Ｒ）の幾何学的な減算によって、コントラストフレーム（ＫＲ）を生成する工程と、
   次に、サイズ変更パラメータ（Ｓ）の大きさによる負のサイズ変更演算によって、これらの得られた図形（ＲとＫＲ）をＫＲ_size-SとＲ_size-Sに縮小する工程と、
   から構成されることを特徴とする請求項１に記載の方法。
3. コントラストフレーム（ＫＲ）の全体の幅が、コントラストスタンプの幅（Ｋ）＋２×サイズ変更パラメータ（Ｓ）であり、
   ここで、
   コントラストフレーム（ＫＲ）の幅＜ＣＤ_min であり、
   コントラストフレーム（ＫＲ）の幅の２倍＜αの２．５倍であり、
   全ての図形に対して、その幅＜αの２．５倍であり、
   これらの図形に最適な、照射量の補正を幾何学的に導き出す手法が自動的に得られる、
   ことを特徴とする請求項１に記載の方法。
4. 残りの図形（Ｒ）全体に対して、レジスト閾値を上回ることを保証するような照射量だけを割り当てるとの条件の下で、残りの図形（Ｒ）を近接補正アルゴリズムに導入することを特徴とする請求項１に記載の方法。
5. 大きな図形内の小さな隙間（大きな図形内の切り取られた反転図形）を確実に検知するために、当初のパターンと色調値を逆転した反転パターンを同時に補正アルゴリズムに引き渡すとともに、それらのパターンを基本図形に分解する時及びそれらの基本図形に補正した照射量を割り当てる時に、両方の色調値を考慮することを特徴とする請求項１から４までのいずれか一つに記載の方法。

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