JP5148395B2

JP5148395B2 - 潜像強度分布の評価システム、潜像強度分布の評価方法及び潜像強度分布の評価プログラム

Info

Publication number: JP5148395B2
Application number: JP2008181625A
Authority: JP
Inventors: 均成高橋; 聡田中
Original assignee: Toshiba Corp
Current assignee: Toshiba Corp
Priority date: 2008-07-11
Filing date: 2008-07-11
Publication date: 2013-02-20
Anticipated expiration: 2028-07-11
Also published as: JP2010021428A; US20100008562A1

Description

本発明は、潜像強度分布の評価システム、潜像強度分布の評価方法及び潜像強度分布の評価プログラムに関する。

近年の半導体デバイスの微細化に伴って、リソグラフィ工程で使用されるレジストパターンも微細化され、線幅が数十ナノメートルオーダーにまで細線化されてきている。
一方、リソグラフィ工程において、レジスト膜中に入射した露光光の一部がその下地層との界面で反射すると、レジスト膜中で入射光と反射光とが干渉する。この結果、レジスト膜中の入射光と反射光との間で定在波が生じ、膜厚方向に光強度が波うつように変化する露光光強度分布（潜像強度分布）が形成される。
このような露光光強度分布は、レジストパターンがミクロンオーダーと大きく、かつレジスト膜厚が厚い条件下では、レジストパターンの倒壊等に対して大きな影響を及ぼすことはない。これに対して、レジストパターンが数十ナノメートルオーダーにまで微細化されかつレジスト膜厚が薄くなると、レジストパターンの形状に及ぼす影響が大きくなり、レジストパターンを期待通りに形成することができなくなる。

また、例えば、特許文献１には、高さ方向に関して危険箇所を含むパターンを検証するために、基板上に塗布されるレジスト膜上における露光用データに対応した露光パターンの像の特徴を算出し、その露光パターンの像の特徴に基づいてレジスト膜の現像後の膜厚を算出し、露光用データの良否を判断する方法が開示されている。
また、例えば、特許文献２には、精度の高いシミュレーションモデルを得るために、光学像の光強度分布に基づいて光学像の特徴量を求め、フォトレジストパターンの形状に関する情報と光学像の特徴量との第１の相関と、フォトレジストパターンの形状に関する情報と実験スレショルドとの第２の相関を用いることで、光学像の特徴量と実験スレショルドとの第３の相関を求める方法が開示されている。

しかしながら、特許文献１、２に開示された方法では、基板上の２次元平面内の光強度分布に基づいてレジストパターンの形状が評価されているため、基板上に形成されるレジスト形状の安定性や形状起因のマージンを光学像から評価することが難しいという問題があった。

特開２００６−１５４２４５号公報特開２００７−３２４４７９号公報

そこで、本発明の目的は、基板上に形成されるレジスト形状の安定性や形状起因のマージンを光学像から評価することが可能な潜像強度分布の評価システム、潜像強度分布の評価方法及び潜像強度分布の評価プログラムを提供することである。

上述した課題を解決するために、本発明の一態様に係る潜像強度分布の評価システムによれば、露光条件およびマスクパターンに基づいて、レジスト膜内の膜厚方向における潜像強度分布を算出する潜像強度分布算出部と、前記潜像強度分布算出部にて算出された潜像強度分布に基づいて、前記レジスト膜内の膜厚方向における評価位置を算出する評価位置算出部と、前記評価位置算出部にて算出された評価位置の潜像強度に基づいて、前記レジスト膜に形成されるパターンの特徴を評価するパターン評価部とを備え、前記レジスト膜内の膜厚方向における評価位置は、前記パターンが膜厚方向の位置においてくびれている部分であることを特徴とする。

以上説明したように、本発明によれば、基板上に形成されるレジスト形状の安定性や形状起因のマージンを光学像から評価することが可能な潜像強度分布の評価方法及び潜像強度分布の評価方法及び潜像強度分布の評価プログラムプログラムを提供することができるという効果を奏する。

以下、本発明の実施形態に係る潜像強度分布の評価方法について図面を参照しながら説明する。

図１は、本発明の一実施形態に係る潜像強度分布の評価システムの概略構成を示すブロック図である。
図１において、評価システムには、ＣＰＵなどを含むプロセッサ１、固定的なデータを記憶するＲＯＭ２、プロセッサ１に対してワークエリアなどを提供するＲＡＭ３、プロセッサ１を動作させるためのプログラムや各種データを記憶する外部記憶装置４、人間とコンピュータとの間の仲介を行うヒューマンインターフェース５、外部との通信手段を提供する通信インターフェース６を設けることができ、プロセッサ１、ＲＯＭ２、ＲＡＭ３、外部記憶装置４、ヒューマンインターフェース５および通信インターフェース６はバス７を介して接続されている。

ここで、プロセッサ１には、露光条件およびマスクパターンに基づいて、レジスト膜内の膜厚方向における潜像強度分布を算出する潜像強度分布算出部１ａ（リソグラフィシミュレータ）、潜像強度分布算出部１ａにて算出された潜像強度分布に基づいて、レジスト膜内の膜厚方向における評価位置を算出する評価位置算出部１ｂ、評価位置算出部１ｂにて算出された評価位置の潜像強度を評価し、さらにその評価結果に基づいて、レジスト膜に形成されるパターンの特徴を評価するパターン評価部１ｃが設けられている。なお、レジスト膜内の膜厚方向における評価位置は、露光条件を変化させたときに潜像強度分布の変化が最も大きくなる膜厚方向の位置を含む位置とすることができ、一定値以下の潜像強度を有する潜像強度分布のうち膜厚方向にくびれている部分とすることができる。また、パターン評価部１ｃにて評価されるパターンの特徴としては、例えば、レジスト形状の安定性や形状起因のプロセスマージンなどを挙げることができる。

そして、潜像強度分布の評価プログラムをプロセッサ１に実行させることで、潜像強度分布算出部１ａ、評価位置算出部１ｂおよびパターン評価部１ｃをプロセッサ１上で実現することができる。なお、潜像強度分布算出部１ａによる潜像強度分布の算出は、潜像強度分布の評価プログラムと異なる他のプログラムを用いて実行させることもできる。
なお、プロセッサ１に実行させるプログラムは、外部記憶装置４に格納しておき、プログラムの実行時にＲＡＭ３に読み込むようにしてもよいし、プログラムをＲＯＭ２に予め格納しておくようにしてもよいし、通信インターフェース６を介してプログラムを取得するようにしてもよい。
また、外部記憶装置４としては、例えば、ハードディスクなどの磁気ディスク、ＤＶＤなどの光ディスク、ＵＳＢメモリやメモリカードなどの可搬性半導体記憶装置などを用いることができる。また、ヒューマンインターフェース５としては、例えば、入力インターフェースとしてキーボードやマウス、出力インターフェースとしてディスプレイやプリンタなどを用いることができる。また、通信インターフェース６としては、例えば、インターネットやＬＡＮなどに接続するためのＬＡＮカードやモデムやルータなどを用いることができる。
また、潜像強度分布算出部１ａ、評価位置算出部１ｂおよびパターン評価部１ｃは、スタンドアロン型コンピュータで実現するようにしてもよいし、ネットワークを介して接続されたコンピュータで分散処理されるように構成してもよい。

図２は、本発明の一実施形態に係る潜像強度分布の評価方法にて評価されるレジストパターンの一例を示す断面図である。
図２において、基板１１上には、下地層１２を介してレジスト膜１３が形成されている。なお、基板１１としては、半導体デバイスが形成される半導体基板や、液晶パネルが形成されるガラス基板などを用いることができる。また、下地層１２は、反射防止膜として機能させることができ、例えば、ＳＯＧ（ｓｐｉｎｏｎｇｌａｓｓ）膜を用いることができる。また、マスク１５には、Ｃｒ膜やハーフトーン膜などの遮光膜１６が形成され、この遮光膜１６にてマスクパターンを構成することができる。

そして、レジスト膜１３にパターンを形成する場合、マスク１５を介してレジスト膜１３に露光光１７を照射する。そして、レジスト膜１３に露光光１７が照射されると、ポジレジストでは、照射部分のレジストが分解され、照射部分に潜像１４が形成される。ここで、レジスト膜１３中に露光光１７が入射すると、レジスト膜１３中に入射した露光光１７の一部がその下地層１２との界面で反射する。そして、マスクパターンが数十ナノメートルオーダーにまで微細化されかつレジスト膜厚が薄くなると、レジスト膜１３中の入射光と反射光との間で定在波が生じ、露光光強度分布は膜厚方向に波うつように変化する。この結果、マスクパターンが特にライン状パターンの場合、露光条件によっては、くびれ１３ａが潜像１４に発生する。なお、露光条件としては、例えば、露光光１７の照明形状、露光強度、露光時間、露光光１７の波長、下地層１２の種類および膜厚などを挙げることができる。

そして、潜像１４が形成されたレジスト膜１３を現像することで、基板１１上にレジストパターン１３ｂを形成することができる。ここで、くびれ１３ａの程度によっては、潜像１４が形成されたレジスト膜１３の現像時にレジストパターン１３ｂの形状が崩れたり、レジストパターン１３ｂが消失したりすることから、所望のパターンを得ることができなくなる。
このため、図１のリソグラフィシミュレータは、露光条件およびマスクパターンに基づいてレジスト膜１３内における潜像強度分布をシミュレートし、その潜像強度分布に基づいてくびれ１３ａの位置を特定し、そのくびれ１３ａの位置の潜像強度を評価することで、所望のパターンが形成可能か否かを判断することができる。

図３は、本発明の一実施形態に係る潜像強度分布の評価方法を示すフローチャートである。
図３において、図１の潜像強度分布算出部１ａは、露光条件およびマスクパターンに基づいて、図２のレジスト膜１３内の潜像強度分布をシミュレーションによって算出する（ステップＳ１）。なお、レジスト膜１３内の潜像強度分布をシミュレーションする場合、レジストパターンの形成に用いるプロセス条件に基づいた物理モデルを用いるようにしてもよいし、そのプロセス条件に基づいた統計モデルによって変調された潜像強度分布を用いるようにしてもよい。このプロセス条件としては、例えば、露光条件、ベーキング条件、現像条件などを用いることができる。また、プロセス条件に基づいた統計モデルによって変調された潜像強度分布としては、レジスト分解物質の拡散長を振った潜像強度分布を用いることができる。

次に、評価位置算出部１ｂは、レジスト膜１３内の潜像強度の評価位置を定める。潜像強度分布算出部１ａにて算出された潜像強度分布に基づき、露光条件を変化させたときの潜像強度の変化が最も大きくなる膜厚方向における位置を評価位置として求める。具体的には、まず所定のマスクパターンに対して複数の露光条件に基づき複数の潜像強度分布を算出する。続いて、マスクパターン又はマスクパターンを転写してレジスト膜に形成すべき設計パターンのエッジ位置をレジスト膜の膜表面方向において設定する。さらに、そのエッジ位置においてレジスト膜の膜厚方向における複数の潜像強度分布の差が最も大きくなる位置を求めることにより、評価位置を求めることが可能である。
また、本実施例に示すように、露光条件を変化させたときの潜像強度の変化が最も大きくなる膜厚方向における位置を評価位置として、潜像強度がしきい値Ｔ以下となる領域Ｓの膜表面方向の寸法が最小となるくびれ位置である評価位置Ｈとすることもできる。ここで、しきい値Ｔは、レジスト膜１３の膜厚方向に対して所定の位置の潜像強度分布、あるいは膜厚方向について所定の範囲で平均化された潜像強度分布について、その潜像強度分布における潜像強度がしきい値Ｔ以下となる領域Ｓの膜表面方向における寸法または形状が所望の寸法または形状に一致するように定める（ステップ２）。また、しきい値Ｔは、評価位置算出部１ｂにて決定するようにしてもよいし、外部から与えられるようにしてもよい。
本実施例では、上記しきい値Ｔ以下の領域Ｓの膜表面方向の寸法が最小となるくびれ位置である評価位置Ｈを求める（ステップ３）。

次に、パターン評価部１ｃは、評価位置算出部１ｂにて得られた評価位置Ｈにおける潜像強度分布について、しきい値Ｔ以下の潜像強度をもつ領域Ｓの評価値Ａが許容範囲内であるか否かを評価することで、所望のパターンが形成可能か否かを判断する（ステップＳ４）。なお、しきい値Ｔ以下の潜像強度をもつ領域Ｓの評価値Ａとしては、評価位置Ｈにおける所定の位置での潜像強度の値を用いるようにしてもよいし、評価位置Ｈにおけるしきい値Ｔ以下の潜像強度の値の積算値を用いるようにしてもよいし、その領域Ｓにおける単位面積あたりの潜像強度の平均値を用いるようにしてもよい。

図４は、本発明の一実施形態に係る下地層の膜厚および拡散長とレジストの膜厚方向の潜像強度分布との関係のシミュレーション結果を示す図である。なお、図４では、図２のマスクパターンについてレジスト膜１３内の膜厚方向の潜像強度分布を示した。ここで、各潜像強度分布の縦軸は膜厚方向の位置、横軸は幅方向（膜表面方向）の位置を示す。また、図２の下地層１２の反射率を振った潜像強度分布を図４の横方向に配列して示し、レジスト分解物質の拡散長を振った潜像強度分布を図４の縦方向に配列して示した。

図４において、下地層１２の反射率が小さくなると、図２のマスクパターンをレジスト膜１３内の潜像１４として忠実に再現することができるのに対し、下地層１２の反射率が大きくなると、レジスト膜１３中の入射光と反射光との間で定在波が生じ、くびれ１３ａの程度の大きくなることが判る。また、レジスト分解物質の拡散長が大きくなると、潜像強度分布の境界がぼやけることが判る。

図５は、本発明の一実施形態に係る下地層の反射率および拡散長とレジストの膜厚方向の潜像強度分布との関係のシミュレーション結果を示す図である。なお、図５では、図２のマスクパターンについてレジスト膜１３内の膜厚方向の潜像強度分布を示した。ここで、各潜像強度分布の縦軸は膜厚方向の位置、横軸は幅方向（膜表面方向）の位置を示す。また、図２の下地層１２の膜厚を振った潜像強度分布を図５の横方向に配列して示し、レジスト分解物質の拡散長を振った潜像強度分布を図５の縦方向に配列して示した。また、この下地層１２としてはＳＯＧ膜を使用した。

図５において、ＳＯＧ膜の膜厚を変化させると、定在波のピーク位置が膜厚方向に移動し、くびれ１３ａの位置が膜厚方向に移動することが判る。また、レジスト分解物質の拡散長が大きくなると、潜像強度分布の境界がぼやけることが判る。

図６は、本発明の一実施形態に係る評価値Ａおよびフォーカス位置と下地層の膜厚との関係のシミュレーション結果を示す図、図７は、図６の評価値Ａの算出方法を示す図である。なお、下地層としてはＳＯＧ膜を用いた。
図６において、ＳＯＧ膜の膜厚が大きくなると、評価値Ａが大きくなることから、ＳＯＧ膜の膜厚を大きくすることで、レジスト形状の安定性を増大させることができ、レジストパターンをより形成しやすくできることが判った。なお、評価値Ａとしては、図７に示すように、しきい値Ｔ以下の潜像強度Ｉをもつ領域Ｓの強度の積算値（図７の斜線部）をしきい値Ｔに対する比で評価した値を用いた。

ここで、評価実施前の標準条件において、レジスト膜とその下地のＳＯＧ膜との界面における露光光の反射率は、およそ２％であった。そして、反射率がほぼ変化しない範囲で、標準条件よりもＳＯＧ膜の膜厚を厚くして定在波の影響を調整することにより、レジストパターンをより形成しやすくすることができた。
また、図６において、フォーカス位置を膜厚方向に若干ずらすことによっても、評価値Ａを増大させることができ、レジストパターンをより形成しやすくできる。

本発明の一実施形態に係るリソグラフィシミュレータの概略構成を示すブロック図。本発明の一実施形態に係るリソグラフィシミュレーションにて評価されるレジストパターンの一例を示す断面図。本発明の一実施形態に係るリソグラフィシミュレーション方法を示すフローチャート。本発明の一実施形態に係る下地層の膜厚および拡散長とレジストの膜厚方向の潜像強度分布との関係のシミュレーション結果を示す図。本発明の一実施形態に係る下地層の反射率および拡散長とレジストの膜厚方向の潜像強度分布との関係のシミュレーション結果を示す図。本発明の一実施形態に係る評価値Ａおよびフォーカス位置と下地層の膜厚との関係のシミュレーション結果を示す図。図６の評価値Ａの算出方法を示す図。

符号の説明

１プロセッサ、１ａ潜像強度分布算出部、１ｂ評価位置算出部、１ｃパターン評価部、２ＲＯＭ、３ＲＡＭ、４外部記憶装置、５ヒューマンインターフェース、６通信インターフェース、７バス、１１基板、１２下地層、１３レジスト膜、１３ａくびれ、１３ｂレジストパターン、１４潜像、１５マスク、１６遮光膜、１７露光光

Claims

露光条件およびマスクパターンに基づいて、レジスト膜内の膜厚方向における潜像強度分布を算出する潜像強度分布算出部と、
前記潜像強度分布算出部にて算出された潜像強度分布に基づいて、前記レジスト膜内の膜厚方向における評価位置を算出する評価位置算出部と、
前記評価位置算出部にて算出された評価位置の潜像強度に基づいて、前記レジスト膜に形成されるパターンの特徴を評価するパターン評価部とを備え、
前記レジスト膜内の膜厚方向における評価位置は、前記パターンが膜厚方向の位置においてくびれている部分であることを特徴とする潜像強度分布の評価システム。
前記パターンの特徴は、前記レジスト膜の形状の安定性または形状起因のマージンであることを特徴とする請求項１に記載の潜像強度分布の評価システム。
露光条件およびマスクパターンに基づいて、レジスト膜内の膜厚方向における潜像強度分布を求めるステップと、
前記レジスト膜内の膜厚方向における潜像強度分布に基づいて、前記レジスト膜のくびれ部分である評価位置を求めるステップと、
前記求められた評価位置の潜像強度が許容範囲内であるか否かを評価するステップとを備えることを特徴とする潜像強度分布の評価方法。
露光条件およびマスクパターンに基づいて、レジスト膜内の膜厚方向における潜像強度分布を求めるステップと、
前記レジスト膜内の膜厚方向における潜像強度分布に基づいて、前記レジスト膜のくびれ部分である評価位置を求めるステップと、
前記求められた評価位置の潜像強度が許容範囲内であるか否かを評価するステップとをコンピュータに実行させることを特徴とする潜像強度分布の評価プログラム。