JP6482190B2 - リソグラフィに関するシミュレーションを行う演算方法、装置及びプログラム - Google Patents

Description

本発明は、リソグラフィに関するシミュレーションを行う演算方法、装置及びプログラムに関する。

半導体デバイスや液晶表示装置等の製造工程において、基板上にパターンを形成するリソグラフィ工程がある。リソグラフィ工程において、例えば、照明光学系によりマスクを照明して、基板上の感光性レジストに投影光学系を介してマスクのパターンの像を投射する露光装置が用いられている。近年、パターンの微細化が進み、基板上にパターンを高精度に形成することが困難になってきている。そこで、マスクを照明する照明光学系による変形照明やマスクパターンの光近接効果補正（ＯＰＣ）など、パターンの解像度を向上させる様々な技術が用いられている。そして、それらの技術を用いることにより基板上に形成される像を確認したり、露光条件やマスクなどの各種パラメータを最適化したりするために、予めシミュレーションが行われている。

このようなシミュレーションのツールとして、例えば、Ｍｅｎｔｏｒ−Ｇｒａｐｈｉｃｓ社からＳｕｍ ｏｆ Ｃｏｈｅｒｅｎｔ Ｓｏｕｒｃｅｓ（ＳＯＣＳ）法を用いたシミュレータが提供されている。これは、アルゴリズムにＳＯＣＳ法を用いることで計算を高速化しただけでなく、中央演算ユニット（ＣＰＵ）の並列演算にも対応しており、デバイスチップ全体（数十ミリメートル平方）の計算が可能である。

特許文献１には、更なる計算の高速化を行うために、ハードウエアとして中央演算ユニット（ＣＰＵ）だけでなく、副演算ユニットとしてＡＳＩＣやＦＰＧＡを用いて、リソグラフィに関するシミュレーションを行うことが記載されている。ＡＳＩＣやＦＰＧＡは、実行するシミュレーションにおける演算内容に合わせて専用に設計され、並列演算が高速なデバイスであり、ＣＰＵより計算の高速化を実現する。

特許文献２には、副演算ユニットとして、ＣＰＵやＡＳＩＣ、ＦＰＧＡよりも安価に構成できるグラフィックス・プロセッシング・ユニット（ＧＰＵ）を用いて、シミュレーションを行うことが記載されている。ＧＰＵは、専用ハードウエアで画像処理の並列演算を行うプロセッサである。

米国特許出願公開第２００５／００９７５００号明細書 米国特許出願公開第２００６／０２４２６１８号明細書

しかし、ＡＳＩＣやＦＰＧＡを用いた場合、実行するシミュレーションにおける演算内容に合わせて専用に設計しなければならず、設計の手間が多く、設計期間が長くなってしまう。また、ＡＳＩＣやＦＰＧＡは、実行するシミュレーションに専用の演算に最適化されて設計されているため、専用の演算以外の演算では演算速度が遅くなってしまう。同様に、ＧＰＵを用いた場合、ＧＰＵ専用のコーディングを行わなければならず、設計の手間が多く、設計期間が長くなってしまう。また、ＧＰＵは、ｉｆ文などの複雑な演算では所望の演算速度に満たないことが問題となっている。したがって、演算が高速で、より汎用性のある副演算ユニットが望まれる。

そこで、本発明は、設計が容易で汎用性のある副演算ユニットを用いてリソグラフィに関するシミュレーションを高速に行うことを目的とする。

上記課題を解決する本発明の一側面としての演算方法は、基板上に投影されるマスク用のパターンの像を計算する計算工程と、計算された像を評価する評価工程と、前記パターンを補正する補正工程と、を演算装置を用いて行う演算方法であって、前記演算装置は、中央演算ユニットと、前記中央演算ユニットに接続されたメニーインテグレーテッドコアと、を有し、前記像の計算又は前記像の評価の並列演算を前記メニーインテグレーテッドコアが行い、前記像の評価結果が許容範囲内にあるかどうかの判定を前記中央演算ユニットが行い、前記補正工程において、前記判定の結果に基づいて前記パターンを補正することを特徴とする。

本発明によれば、設計が容易で汎用性のある副演算ユニットを用いてリソグラフィに関するシミュレーションを高速に行うことができる。

演算装置の構成を示した図である。 実施例１における演算方法のフローを示した図である。 複数の領域に分割されたパターンを示す図である。

図１に、リソグラフィに関するシミュレーションを行う演算装置の構成を示す。演算装置１００は、キーボードやマウスなどの入力部１０１、中央演算ユニット１０２、ディスプレイ又は記録装置などの出力部１０３、メモリなどの記憶部１０４、副演算ユニットであるメニーインテグレーテッドコア（ＭＩＣ）１０５を有する。これらはバス（配線）１０６で電気的に接続されている。

中央演算ユニット１０２は、演算装置１００において中心的な機能を担い、各部の制御や演算処理を行うプロセッサである。中央演算ユニット１０２は、記憶部１０４に記憶されているプログラムを読み込んで実行し、バス１０６で接続された入力部１０１、出力部１０３、記憶部１０４やＭＩＣ１０５とデータのやりとりを行う。なお、中央演算ユニット１０２は、ＣＰＵ（Ｃｅｎｔｒａｌ Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ Ｕｎｉｔ）や、マイクロチップに実装されたＭＰＵ（Ｍｉｃｒｏ Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ Ｕｎｉｔ）と呼ばれる。ただし、中央演算ユニット１０２として、算術演算の信号処理に特化したＤＳＰ（Ｄｉｇｉｔａｌ Ｓｉｇｎａｌ Ｐｒｏｃｅｓｓｏｒ）で構成することもできる。

ＭＩＣ（Ｍａｎｙ Ｉｎｔｅｇｒａｔｅｄ Ｃｏｒｅ）１０５は、演算装置１００の中心となる中央演算ユニット１０２を補助するプロセッサであって、各種演算や処理を行う。ＭＩＣ１０５は、処理ユニットであるコアを多数有し、多数のコアにより並列演算を高速に行うことが可能である。ＭＩＣ１０５は、ｘ８６命令セットを実装しており、多数のコアをｘ８６系のプログラムで制御可能としている。そのため、既存のコードや開発ツールを使用することができ、既存のコードを全く変更しなくても実行できる場合がある。したがって、ＭＩＣ１０５は、実行するシミュレーションに専用の演算に最適化されて設計されたＡＳＩＣやＦＰＧＡ、ＧＰＵよりも、設計が容易で汎用性がある。ＭＩＣは、リソグラフィに関するシミュレーションのうち、特に、１、２又は３次元の空間領域のデータに関する並列演算に向いており、その並列演算を高速に行うことができる。空間領域のデータとは、空間の各位置に関する情報を有するデータであって、例えば、２次元空間の各位置における光強度がビットで表されたビットマップデータや２次元のパターン形状のデータなどがある。

なお、記憶部１０４は、各種パラメータのファイルを記憶するメモリを有していてもよい。また、図１では、入力部１０１と出力部１０３を別体として描いたが、同じものであっても構わない。

次に、リソグラフィに関するシミュレーションを行う演算方法を説明する。ここで、リソグラフィとは、リソグラフィ装置により基板上にパターンを形成することを表す。リソグラフィ装置には、例えば、マスクを照明してマスクのパターンの像を投影光学系により投射する露光装置、近接場露光装置、電子線を用いて基板を露光する電子線露光装置、又は、モールドのパターンを基板に転写するインプリント装置がある。以下、リソグラフィに関するシミュレーションの各実施例を説明する。

（実施例１）
本実施例では、リソグラフィに関するシミュレーションとして、投影露光装置において用いられるマスクのパターンの光近接効果補正を行う演算方法を説明する。図２に、そのフローチャートを示す。かかる演算方法の各工程を演算装置１００が実行する。

まず、演算装置１００は、マスク用パターンとして設計されたパターンのデータを取得する（Ｓ２０１）。パターンのデータはＧＤＳＩＩやＯＡＳＩＳなどのフォーマットの図形データで提供され、例えば、ユーザーによって入力部１０１から入力される。演算装置１００は取得したパターンのデータを記憶部１０４に記憶する。次に、演算装置１００は、リソグラフィ条件のデータを設定する（Ｓ２０２）。リソグラフィ条件とは、露光装置で用いられる露光条件や、基板上の感光剤（レジスト）の条件などである。露光条件として、例えば、露光波長、投影光学系の開口数（ＮＡ）、収差、マスクを照明する照明条件、デフォーカスがあり、レジスト条件としては、レジストモデルのためのコンボリューション量などがある。

次に、設定されたリソグラフィ条件のデータを用いて、Ｓ２０１で取得したパターンが投影光学系の物体面に配置された場合に、設定された照明条件でそのパターンを照明して投影光学系の像面に形成される投影像を計算する（Ｓ２０３）。投影像の計算方法として、アッベの結像理論による光学モデルを用いた計算、相互透過係数（ＴＣＣ）を用いた計算などがある。投影像は、照明光学系がマスクを照明したときに投影光学系によって像面側に形成されるマスクパターン像の光強度分布を、所定の光強度値でスライスしたときに表れる２次元の像である。投影像は空間領域のデータであり、２次元画像を点の集合で表したビットマップ又は１次元配列で表現される。そのため、空間領域のデータに関する投影像の計算において、ＭＩＣ１０５と中央演算ユニット１０２が演算を分担して行う。ＭＩＣ１０５は、演算の並列化を行うと高速化できる演算部分を主に担い、中央演算ユニット１０２は、ＭＩＣ１０５を制御するための処理、ＭＩＣ１０５が行わない演算部分、又は、並列化が不可能な演算部分を担う。

ＭＩＣ１０５は、特に、空間領域のデータであるパターンのデータ、又は、所定面における光強度分布のデータに関する演算を行う。ＭＩＣ１０５が行う演算として、パターンのポリゴンデータをグレースケールのビットマップデータに変換する並列演算、有効光源分布（被照射面を照明する照明光学系の瞳面における光強度分布）のビットマップデータを作成する並列演算がある。また、ビットマップデータをフーリエ変換処理を行う並列演算、投影光学系の瞳を示す瞳フィルタのビットマップデータを作成する並列演算、瞳フィルタを考慮した瞳関数を逆フーリエ変換する並列演算がある。また、照明光学系の瞳面における各光源によってマスクを照明して、投影光学系によって形成される光強度分布を全ての光源について加算する並列演算がある。有効光源分布のビットマップデータを作成する並列演算では、例えば、円形照明の場合、照明光学系の瞳面の最大半径を１として、半径が０．５以下の範囲にある点光源要素に光強度として１を設定し、半径が０．５より大きい範囲にある点光源要素に０を設定する。瞳フィルタのビットマップデータを作成する並列演算では、収差、複屈折、瞳透過率分布又は偏光間瞳透過率差を、瞳各点に対してＺｅｒｎｉｋｅ多項式の係数の値を設定することにより定める。

次に、Ｓ２０３で計算された投影像を評価する（Ｓ２０４）。投影像の評価は、投影像を評価したい評価箇所を設定し、その評価箇所において投影像のデータを用いて評価指標を計算することにより行う。評価指標には、例えば、線幅（ＣＤ）、シフト量、ＩＬＳ（Ｉｎｔｅｎｓｉｔｙ Ｌｏｇ Ｓｌｏｐｅ）、焦点深度などがある。空間領域のデータに関する投影像の評価において、ＭＩＣ１０５と中央演算ユニット１０２が演算を分担して行う。ＭＩＣ１０５は、演算の並列化を行うと高速化できる演算部分を主に担い、中央演算ユニット１０２は、ＭＩＣ１０５を制御するための処理、ＭＩＣ１０５が行わない演算部分、又は、並列化が不可能な演算部分を担う。

ＭＩＣ１０５が行う並列演算として、例えば、像面における投影像の線幅、像面における投影像のシフト量、投影像の光強度分布におけるＮＩＬＳを各評価箇所について演算することが挙げられる。また、ＭＩＣ１０５は、ベストフォーカス面からデフォーカスした面における投影像の線幅を演算することにより焦点深度を求めたり、露光量を変更しながら投影像の線幅を演算することにより露光余裕度を求めることもできる。

次に、Ｓ２０４で求められた投影像の評価結果が許容範囲内にあるかどうかを判定する（Ｓ２０５）。もし、その評価結果が許容範囲内にないと判定した場合には、Ｓ２０１で取得したパターンの位置、大きさや形状などのパラメータを変更することにより、補正する（Ｓ２０６）。この補正は光近接効果補正と呼ばれ、投影像の評価値に基づいて、投影像の評価値が許容範囲になるように、パターン要素の寸法やパターン要素の位置を変更したりする。そして、補正後のパターンについて、投影像の計算（Ｓ２０３）、投影像の評価（Ｓ２０４）を行い、判定工程（Ｓ２０５）を行う。そして、判定工程（Ｓ２０５）において評価結果が許容範囲内にあると判定されるまで、これらの工程が繰り返される。なお、Ｓ２０５における演算処理量は多くなく、中央演算ユニット１０２とＭＩＣ１０５のいずれか又は両方で行っても良い。

もし、Ｓ２０５で、投影像の評価結果が許容範囲内にあると判定した場合には、その場合のパターンをマスクのパターンとして決定する。そして、そのパターンや評価結果を出力部１０３に送信し、例えばディスプレイに表示したり、評価結果を記憶部１０４に記憶したりする（Ｓ２０７）。

なお、投影像の計算や評価において、中央演算ユニット１０２とＭＩＣ１０５が演算を分担して行う例を説明したが、中央演算ユニット１０２とＭＩＣ１０５以外の演算ユニット、例えば、ＦＰＧＡを更に用いて演算を行っても構わない。

ＭＩＣ１０５が担当する演算として、従来のＡＳＩＣやＦＰＧＡよりも、演算の並列化を行うと高速化できるか否かを判定し、高速化できると判定された演算についてＭＩＣ１０５が実行しても構わない。また、従来のＡＳＩＣやＦＰＧＡよりも、設計が容易である演算についてＭＩＣ１０５に実行させるようにしても構わない。

以上のように、設計が容易で汎用性のあるＭＩＣを用いて、空間領域のデータに関する並列演算をＭＩＣが行うことにより、リソグラフィに関するシミュレーションを高速に行うことができる。

（実施例２）
本実施例では、ＭＩＣが行う並列演算の方法の一例を説明する。本実施例では、マスク用に設計されたパターンのデータを複数の領域に分割し、ＭＩＣを構成する複数のコアの各コアが演算する領域が各コアで互いに異なるように、各コアに１つずつ領域を割り当てる。そして、ＭＩＣの各コアが、割り当てられた計算領域におけるパターンの投影像の計算または光学像の評価を行う。

図３には、複数の領域に分割されたパターンを示す。例えば、パターン全体を、実線枠で示される９つの矩形の領域、つまり、第１領域４０１、第２領域４０２、その他の複数の領域に分ける。なお、光近接効果により、各領域境界付近は、投影像が所望の評価結果を得られないため、余裕をもたせるために各領域の範囲を広げて設定している。そのため、各領域が重複する重複領域４０３が存在する。

ＭＩＣの第１コアが、パターンの第１領域４０１の投影像の計算や評価を行い、ＭＩＣの第１コアとは異なる第２コアが、第１領域４０１とは異なる第２領域４０２の投影像の計算や評価を行う。このように、パターンの投影像の計算や評価を並列演算で行うことができる。なお、重複領域４０３では、第１コアでも第２コアでも計算されることになるが、重複した光学像の評価結果の一方は、後で削除してもよい。

また、ＭＩＣの第１、２コアとは異なる第３コアが、更に第１領域４０１や第２領域４０２の投影像の計算や評価を行っても構わない。

（他の実施例）
実施例１では、ＭＩＣが投影像の計算および評価を行ったが、ＭＩＣが行う演算はこれに限らず、投影像の計算のみを演算処理することもできる。また、外部装置で計算された投影像のデータを取得して、その投影像の評価のみを演算処理することもできる。また、基板上のレジストに像が投影されることによって形成されるレジストの潜像パターン、潜像を現像液で現像した現像パターン、又は、現像パターンをマスクとしてエッチングされてできるエッチングパターンの計算や評価をＭＩＣが演算することができる。更に、投影露光装置に限らず、電子線露光装置により形成される基板上のパターンの計算や評価、ナノインプリント装置によりモールドのパターンを基板上に転写してできるパターンの計算や評価にも適用できる。

本実施形態で開示される概念は、数学的にモデル化することができる。従って、本実施形態は、コンピュータ・システムのソフトウエア機能として実装することができる。コンピュータ・システムのソフトウエア機能は、実行可能なソフトウエア・コードを有するプログラミングを含み、本実施形態では、部分コヒーレント結像計算を実行する。ソフトウエア・コードは、コンピュータ・システムのプロセッサによって実行される。ソフトウエア・コード動作中において、コード又は関連データ記録は、コンピュータ・プラットフォームに格納される。但し、ソフトウエア・コードは、他の場所に格納される、或いは、適切なコンピュータ・システムにロードされることもある。従って、ソフトウエア・コードは、１つ又は複数のモジュールとして、少なくとも１つのコンピュータ読み取り可能な記録媒体で保持することができる。本実施形態は、上述したコードという形式で記述することが可能であり、１つ又は複数のソフトウエア製品として機能させることができる。

（デバイス製造方法）
露光装置を利用した場合のデバイス（半導体ＩＣ素子、液晶表示素子等）の製造方法を説明する。デバイスは、前述の露光装置を使用して、感光剤が塗布された基板（ウェハ、ガラス基板等）を露光する工程と、その基板（感光剤）を現像する工程と、他の周知の工程と、を経ることにより製造される。他の周知の工程には、エッチング、レジスト剥離、ダイシング、ボンディング、パッケージング等が含まれる。ナノインプリント装置の場合、ナノインプリント装置を使用して、モールドのパターンと基板上の転写材を押し付ける工程と、転写材を硬化させる工程とを行って、モールドのパターンを転写材に転写する。そして、転写されたパターンをマスクとしてエッチングを行い、上記の周知の工程によりデバイスが製造される。本デバイス製造方法によれば、従来よりも高品位のデバイスを製造することができる。

また、本発明の好ましい実施形態について説明したが、本発明は以上の実施形態に限定されないことは言うまでもなく、その要旨の範囲内で種々の変形及び変更が可能である。

Claims (13)

1. 基板上に投影されるマスク用のパターンの像を計算する計算工程と、
   計算された像を評価する評価工程と、
   前記パターンを補正する補正工程と、を演算装置を用いて行う演算方法であって、
   前記演算装置は、中央演算ユニットと、前記中央演算ユニットに接続されたメニーインテグレーテッドコアと、を有し、
   前記像の計算又は前記像の評価の並列演算を前記メニーインテグレーテッドコアが行い、
   前記像の評価の結果が許容範囲内にあるかどうかの判定を前記中央演算ユニットが行い、
   前記補正工程において、前記判定の結果に基づいて前記パターンを補正することを特徴とする演算方法。
2. 前記計算工程又は前記評価工程におけるある演算が前記メニーインテグレーテッドコアによる演算の並列化を行うと高速化できるか否かを判定し、
   高速化できると判定された演算を前記メニーインテグレーテッドコアが行うことを特徴とする請求項１に記載の演算方法。
3. 基板上の感光剤に形成される潜像又は基板上に形成されるパターンの計算又は評価の並列演算を前記メニーインテグレーテッドコアが行うことを特徴とする請求項１又は２に記載の演算方法。
4. 前記メニーインテグレーテッドコアが、パターンのポリゴンデータをビットマップデータに変換する並列演算、マスクを照明する照明光学系の瞳面における光強度分布のビットマップデータを作成する並列演算、又は、パターンの像を基板に投射する投影光学系の瞳面における瞳フィルタのビットマップデータを作成する並列演算を行うことを特徴とする請求項１乃至３の何れか１項に記載の演算方法。
5. 前記メニーインテグレーテッドコアが、ビットマップデータにフーリエ変換処理を施す並列演算、又は、パターンの像を基板に投射する投影光学系の瞳を表す瞳関数にフーリエ変換処理又は逆フーリエ変換処理を施す並列演算、を行うことを特徴とする請求項１乃至４の何れか１項に記載の演算方法。
6. 前記メニーインテグレーテッドコアが、照明光学系の瞳面に形成される複数の光源によって前記マスクを照明して、パターンの像を基板に投射する投影光学系によって形成される光強度分布を前記複数の光源について加算する並列演算を行うことを特徴とする請求項１乃至５の何れか１項に記載の演算方法。
7. 前記評価工程において、前記メニーインテグレーテッドコアが並列演算により、各評価箇所における像の幅、像のシフト量、ＮＩＬＳ、露光余裕度、又は、焦点深度の値を計算することを特徴とする請求項１乃至６の何れか１項に記載の演算方法。
8. 前記メニーインテグレーテッドコアがｘ８６命令セットを実行することにより前記並列演算を行うことを特徴とする請求項１乃至７の何れか１項に記載の演算方法。
9. 前記像の計算及び前記像の評価の並列演算を前記メニーインテグレーテッドコアが行うことを特徴とする請求項１乃至８の何れか１項に記載の演算方法。
10. 前記マスク用のパターンの領域を複数に分割し、
    分割された各領域を、前記メニーインテグレーテッドコアの各コアに割り当てて、
    前記メニーインテグレーテッドコアの各コアが、割り当てられた領域において前記像の計算又は前記像の評価の並列演算を行うことを特徴とする請求項１乃至９の何れか１項に記載の演算方法。
11. 前記マスク用のパターンの領域を重複領域を設けて複数に分割することを特徴とする請求項１０に記載の演算方法。
12. 請求項１乃至１１の何れか１項に記載の演算方法を、中央演算ユニットと、前記中央演算ユニットに接続されたメニーインテグレーテッドコアと、を有する演算装置に実行させるためのプログラム。
13. 中央演算ユニットと、前記中央演算ユニットに接続されたメニーインテグレーテッドコアと、を有する演算装置であって、
    前記演算装置は、基板上に投影されるマスク用のパターンの像を計算し、前記計算された像を評価し、前記パターンを補正する演算を行い、前記像の計算又は前記像の評価の並列演算を前記メニーインテグレーテッドコアが行い、
    前記像の評価の結果が許容範囲内にあるかどうかの判定を前記中央演算ユニットが行い、
    前記判定の結果に基づいて前記パターンを補正することを特徴とする演算装置。

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