JP2011066079A - フレア補正方法及び半導体デバイスの製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】フレア補正を精度良くかつ高速に行うフレア補正方法及び半導体ディバスの製造方法を提供する。
【解決手段】マスクパターンをフレア分布計算対象の領域１０１から近い領域１０２と遠い領域１０３とに分割し、領域１０２についてメッシュ分割によりパターン密度分布を算出し、領域１０３については領域１０３全体におけるパターン被覆率を算出する。領域１０２に対応するフレアＰＳＦとパターン密度分布とを畳み込み積分して第１フレア分布を求める。領域１０３に対応するフレアＰＳＦを積分し、積分値とパターン被覆率とを乗算してフレア値を求め、第１フレア分布に加算する。畳み込み積分の計算量を削減し、かつ遠距離領域のフレアの影響を加味するため、フレア補正を精度良くかつ高速に行うことができる。
【選択図】図２

Description

本発明は、フレア補正方法及び半導体デバイスの製造方法に関するものである。

ＥＵＶ（Extreme Ultra-Violet）リソグラフィは、１３．５ｎｍ付近の非常に短い波長の光（Ｘ線）を用いて、従来の光露光（波長１９３ｎｍや２４８ｎｍ）よりも、さらに微細なパターンをウェーハ上に形成する方法として期待されている。

ＥＵＶ露光装置では、ＥＵＶ光の短波長による性質から、ＥＵＶマスクへの照明光学系及びウェーハへの投影光学系の全ての光学要素は、反射ミラーを用いて構成されている。そのため、反射ミラーの表面の平坦度に応じた、ＥＵＶ光の散乱光が観測される。この散乱光は、ウェーハ上に露光すべきパターンとは異なる形状の迷光として投影される。このような迷光はフレアと呼ばれている。

フレアの影響を低減するために、露光装置内の反射ミラーの平坦度を向上させることが、装置メーカにおいてなされているが、それと同時に、フレアが存在する状態で所望のパターン寸法が得られるように、露光パターンの形状を変更するフレア補正を行うことが有効である。

フレアの補正方法として、露光を行うパターンをメッシュ分割し、各メッシュ内のパターンについてのフレア量を一定とみなして、パターン形状および大きさの補正を行う方法が提案されている（例えば非特許文献１参照）。この方法では、メッシュのサイズをフレアの広がり径の１／１０ 程度の大きさとし、メッシュ内のパターンの面積率（密度）に基づいてフレア量を求め、求めたフレアが存在する場合に露光形成した各メッシュ内のパターンが所望の形状および大きさとなるように、パターンを補正する。また、前記フレアの広がり径を考慮して、メッシュごとのパターンの面積率をガウス関数による畳み込み計算するで、フレア量の見積もり精度を向上させる。

しかし、反射ミラーを発生源とするフレアは、数ｍｍから数十ｍｍの範囲に分布するため、上記のパターンの面積密度とフレアの広がり関数との畳み込み積分は、非常に大きな計算量となり、計算機コストの増加、計算時間の長期化といった問題を生じさせていた。

また、フレアの広がりはガウス関数で表せるとは限らず、計算のために複数のガウス関数の和にフィッティングすると、計算誤差が大きくなり、フレア量の見積もり精度が低下する。フレア量の見積もり精度が低下することにより、フレアの影響を補正したマスクパターンを用いて製造された半導体デバイスは、正しいパターンが形成されず、性能劣化や製造歩留まりの低下といった問題を有する。

James Word et al, "Full Chip Model Based Correction of Flare-Induced Linewidth Variation", Proceedings of SPIE, Vol.5567, 2004, pp. 700-710

本発明は、フレア補正を精度良くかつ高速に行うフレア補正方法及び半導体デバイスの製造方法を提供することを目的とする。

本発明の一態様によるフレア補正方法は、マスクに形成されたパターン及び投影光学系を通過した露光光に重畳されるフレア光の強度と前記パターンからの距離との関係を示すフレア広がり関数を取得する工程と、前記パターンからの距離が所定値以下となる前記マスクの第１領域におけるパターン密度分布を算出する工程と、前記パターンからの距離が前記所定値より大きい前記マスクの第２領域におけるパターン被覆率を算出する工程と、前記第１領域に対応する前記フレア広がり関数と前記パターン密度分布とを畳み込み積分し、前記パターンについての第１フレア分布を算出する工程と、前記第２領域に対応する前記フレア広がり関数の積分値と前記パターン被覆率とを乗算して前記第２領域に対応するフレア値を算出する工程と、前記第１フレア分布に前記フレア値を加算して第２フレア分布を算出する工程と、前記第２フレア分布に基づいて前記パターンを補正する工程と、を有するものである。

本発明の一態様によるフレア補正方法は、マスクに形成されたパターン及び投影光学系を通過した露光光に重畳されるフレア光の強度と前記パターンからの距離との関係を示すフレア広がり関数を取得する工程と、前記マスクに形成された複数個の同一のチップのうちの１つのチップについて、メッシュが第１サイズとなる第１パターン密度分布を算出する工程と、前記第１パターン密度分布と前記フレア広がり関数とを畳み込み積分し、前記１つのチップについての第１フレア分布を算出する工程と、前記第１フレア分布に基づいて、前記１つのチップ内のパターンに対してモデルベースの補正を行い、第１補正パターンを算出する工程と、前記マスクについて、メッシュが前記第１サイズより大きい第２サイズとなる第２パターン密度分布を算出する工程と、前記第２パターン密度分布と前記フレア広がり関数とを畳み込み積分し、前記マスクについての第２フレア分布を算出する工程と、前記第１補正パターンを有するチップが前記複数個配置されたマスクパターンに対して、前記第２フレア分布に基づいてルールベースの補正を行い、第２補正パターンを算出する工程と、を有するものである。

本発明の一態様による半導体デバイスの製造方法は、前記フレア補正方法により補正されたマスクパターンに対応するマスクを用いて露光を行い、半導体基板上にパターンを形成するものである。

本発明によれば、フレア補正を精度良くかつ高速に行うことができる。

フレア広がり関数の一例を示すグラフである。 第１の実施形態に係るパターン領域分割の一例を示す図である。 第１の実施形態に係るフレア計算方法を説明するフローチャートである。 フレア分布の一例を示す図である。 フレア広がり関数の一例を示すグラフである。 近距離領域をガウス関数で代用したフレア広がり関数を示すグラフである。 多チップ取りマスクの一例を示す図である。 フレア広がり関数の一例を示すグラフである。 フレア分布の一例を示す図である。 フレア量とパターン寸法との関係を示すグラフである。 フレア量とパターンリサイズ量との関係を示すグラフである。 第３の実施形態に係るフレア補正方法を説明するフローチャートである。 フレア広がり関数の一例を示すグラフである。 フレア広がり関数の影響範囲の一例を示す図である。 基板外周部におけるショットの一例を示す図である。

以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。

（第１の実施形態）まず、図１に示すようなフレア広がり関数（PSF:Point Spread Function）を仮定する。図１に示すグラフは両対数でプロットされており、横軸はパターンからの距離、縦軸は重畳されるフレア光の強度を示す。このグラフからフレアの影響範囲は、１００ｎｍ程度の近距離から、３０ｍｍ以上の長距離に渡っていることが分かる。フレアの影響範囲が３０ｍｍ以上もあるため、ウェーハに転写されるパターンの一点に影響するフレア量を求める場合、厳密にフレア量を計算するためには、パターン領域を大きく取り、さらに場合によっては複数のショット（１枚のマスクから一度に露光される領域）をウェーハ上に配置した状態を再現したパターンを準備する必要がある。

しかし、このような大領域を対象としてフレア量の計算を行うと、パターン全領域をμｍオーダーの微小なメッシュに分割し、全メッシュ内に含まれるパターンの密度分布を算出し、この密度分布とフレアＰＳＦの畳み込み積分を行うことになり、膨大な計算量となる。

そこで本実施形態では、図２に示すように、フレア量の計算を行う小領域（フレア量計算領域）１０１を含むパターン定義領域１０２を規定し、パターン定義領域１０２よりも外側の領域１０３についてはパターン密度分布の計算を行わない。

例えば、３０ｍｍ□（一辺３０ｍｍの正方形）の大領域を１μｍ□のメッシュに分割すると、９×１０^８個のメッシュを取扱うことになる。一方、フレア量計算領域１０１を含むパターン定義領域１０２を１ｍｍ□に限定し、この領域を１μｍ□のメッシュに分割すると、メッシュ数は１×１０^６個に削減できる。

パターン定義領域１０２については、パターン密度分布とフレアＰＳＦとの畳み込み積分を行う。パターン定義領域１０２よりも外側の領域１０３については、当該領域全体におけるパターン密度を求め、当該領域に対応するフレアＰＳＦの積分値と乗算し、乗算結果を前記畳み込み積分結果に加算する。

例えば、図１における領域Ａ１は、フレア量計算領域１０１からの距離が１ｍｍ以上となる領域（図２の領域１０３に相当）を示し、この領域を積分すると約４．０％のフレアに相当するものとする。これは、フレア量計算領域１０１からの距離が１ｍｍ以上離れたところに、パターン密度が１００％となるような無限大の大きさのパターンが存在する場合に、フレア量計算領域１０１には４．０％のフレアが重畳されることを意味する。

従って、フレア量計算領域１０１からの距離が１ｍｍ以上となる領域全体でのパターンの密度（被覆率とも言う）が５０％（０．５）であれば、４．０×０．５＝２．０％のフレアとなる。この遠距離領域Ａ１（領域１０３）からのフレアは、フレア計算領域１０１では一定であるとする。そして、パターンの密度分布とフレアＰＳＦとの畳み込み積分は、フレア量計算領域１０１からの距離が１ｍｍ以内の領域（パターン定義領域１０２）について行い、計算されたフレア分布に、前記遠距離領域からのフレアの値を足し合わせればよい。

例えば、図２のパターン定義領域１０２を１ｍｍ□とし、この領域を１μｍ□のメッシュに分割し、各メッシュ内のパターンの密度を求め、パターン密度マップを作成し、図１の遠距離領域Ａ１を除いたフレアＰＳＦとの畳み込み積分を行う。そして、図２のパターン定義領域１０２の外側のパターンの被覆率を３８％（０．３８）と求め、畳み込み積分により求めたフレア分布の全メッシュに、４．０×０．３８＝１．５２％を足し合わせ、フレア計算領域１０１のフレア分布を求める。

このようなフレア分布の計算フローを図３に示すフローチャートを用いて説明する。
（ステップＳ１０１）露光パターンを取得する。
（ステップＳ１０２）パターンの領域分割を行う。パターンが、図２に示すようなフレア量計算領域１０１、パターン定義領域１０２、パターン定義領域１０２よりも外側の領域１０３に分割される。
（ステップＳ１０３）パターン定義領域１０２がメッシュ分割される。
（ステップＳ１０４）各メッシュ内のパターン密度が算出され、パターン密度マップ（パターン密度分布）が作成される。
（ステップＳ１０５）露光装置のフレアＰＳＦが取得される。
（ステップＳ１０６）フレアＰＳＦがパターン定義領域１０２に対応する近距離領域と、パターン定義領域１０２よりも外側の領域１０３に対応する遠距離領域とに分割される。
（ステップＳ１０７）ステップＳ１０４で作成されたパターン密度マップと、フレアＰＳＦ（近距離領域）との畳み込み積分が行われる。これにより図４（ａ）に示すようなフレア分布（フレアマップ）が求められる。
（ステップＳ１０８）フレアＰＳＦの遠距離領域の積分値が算出される。
（ステップＳ１０９）領域１０３全体でのパターン密度（被覆率）と、ステップＳ１０８で算出された積分値との乗算により、遠距離領域からのフレア値が算出される。
（ステップＳ１１０）ステップＳ１０７における畳み込み積分結果に、ステップＳ１０９で算出されたフレア値が足し合わされる。これにより図４（ｂ）に示すようなフレア分布が求められる。

このように、本実施形態では、パターン密度マップとフレアＰＳＦとの畳み込み積分を行う範囲をパターン定義領域１０２に限定し、パターン定義領域１０２よりも外側の領域１０３の影響を一定のフレア値として別途求めて足し合わせる。

これにより、例えば、３０ｍｍ□の大領域を１μｍ□のメッシュに分割すると、９×１０^８個のメッシュを取扱うことになっていたのが、メッシュ分割する領域（パターン定義領域）を１ｍｍ□に限定し、この領域をメッシュ分割すると、メッシュ数は１×１０^６個となり、約１／１０００に削減できる。フレア計算領域１０１が１点であれば計算量を１／１０００とすることができる。また、１０μｍ□のフレア計算領域１０１のフレア分布（１０×１０メッシュ分）を求める場合には、さらに１／１００の計算量、すなわち１／１０万の計算量とすることができる。

本実施形態は、フレアＰＳＦとパターン密度マップとの畳み込み積分を行う領域を小領域に限定することで、フレア分布算出に要する時間を大幅に短縮することができる。また、この小領域より外側の領域（フレア分布計算対象の領域から遠い領域）の影響を一定のフレア値として別途算出することで、マスクパターン依存フレア量の計算精度を維持することができる。従って、フレア分布を精度良くかつ高速に算出できる。

また、このフレア分布を用いることで、フレア補正を精度良くかつ高速に行うことができる。また、フレア補正を行ったマスクパターンを早期に作製することができ、半導体デバイスの開発・生産期間を短縮することが可能となる。また、フレア補正の精度が良いため、半導体デバイスには正確なパターンが形成され、性能劣化や製造歩留まりの低下といった問題の発生を防止することができる。

（第２の実施形態）本実施形態は、上記第１の実施形態と比較して、フレアＰＳＦとパターン密度マップの畳み込み積分の範囲をさらに限定するものである。本実施形態では、図５のようなフレアＰＳＦにおいて、フレア量計算領域から遠い領域Ａ１に加えて、フレア量計算領域に近い領域Ａ２も、畳み込み積分領域から除外する。

この領域Ａ２には、使用するマスクからの露光光をウェーハに転写した際に所望の形状・大きさを得られるように、光近接効果補正（ＯＰＣ: Optical Proximity-effect Correction）が行われ、マスクパターンが補正される。このとき、フレアマップを用いたフレア補正も、ＯＰＣでの補正内容に含めることができる。

例えば、生成されたフレアマップから、補正対象となるパターンの位置のフレア光の量を参照し、そのようなフレア光が存在すると仮定して、マスクパターンによる光学像を計算する。その光学像の計算の際に、ＯＰＣでの１回の計算領域となる光学半径（通常１μｍ前後）に含まれる領域については、フレア量として計算に含めず、その領域のフレアＰＳＦを考慮することで、フレア存在時の光学像が計算される。

図５の近距離領域Ａ２のフレアＰＳＦは、例えば図６のように、ガウス関数で代用することが可能である。ガウス関数と他の関数との畳み込み積分は、フーリエ変換を行なうことで簡単に行うことができ、また、実際のＯＰＣにおいても、各種のガウス関数との畳み込み積分による計算が行われている。そのため、ＯＰＣへの計算量の負荷は大きくなく、容易に取り込むことができる。

上述のように、フレアＰＳＦとパターン密度マップの畳み込み積分の範囲から、ＯＰＣの光学半径未満の領域を除外することで、畳み込み積分の計算量をさらに削減することができる。

例えば、この除外領域をフレアＰＳＦのパターンからの距離が１μｍ以下の領域とすると、最もフレア光への寄与が高い近接領域をＯＰＣに取り込むことができ、さらに、パターン密度マップのメッシュサイズは１μｍ□以上で、フレア計算の精度が充分確保できることとなる。

従来、マップ方式でのフレア補正の精度は、マップのメッシュサイズにより決定され、充分な補正精度を得るためには、メッシュサイズを微小化していく傾向にあった。通常のフレアＰＳＦの形状は、パターンからの距離が近いほどフレア量への寄与が大きく、ナノメートルオーダーでの補正精度を得るためには、１μｍ□よりも微細なメッシュでのフレア補正が必要となる。そのため、フレアマップの計算時間は上記第１の実施形態のような手法を用いても、長期化する可能性があった。しかし、本実施形態に係る手法により、フレア量の計算精度を高めると同時に、フレアマップの計算時間の長期化を抑制することができる。

（第３の実施形態）本実施形態は、図７に示すような多チップ取りのマスクパターンについてのフレア補正を行う。このマスクには、同一の半導体デバイス（チップ）を形成するためのパターンが、４つ含まれている。すなわち、このマスクパターンを一度露光すると４個のデバイスのパターンを転写でき、このマスクは４チップ取りのマスクとなる。

フレア補正を行なう際のフレア予測に用いるフレアＰＳＦは図８に示すものを利用する。このフレアＰＳＦの影響距離は数十ｍｍとなっている。それに対して、マスク全体の大きさは、被転写基板上の大きさに換算すると、通常は最大でも２４ｍｍ×３３ｍｍの大きさであり、１チップの大きさは、同じく基板上の大きさでは、１２ｍｍ×１６ｍｍ程度である。

まず、図７に示すマスクパターンに含まれる１つのチップのみに対してフレアマップを計算すると、図９（ａ）に示すように、等高線表示で表されるようなフレア分布が得られる。それに対して、マスク全体でフレアマップを計算すると、図９（ｂ）に示すような分布となる。

フレアマップのメッシュサイズは1 μｍ□程度である。フレアＰＳＦの影響範囲がチップの大きさよりも充分小さければ、マスク内の全チップにおいて、フレア分布は同一になる。しかし、図８のようなフレアＰＳＦを用いてマスク全体のフレアマップを求めてみると、チップ単位でみた場合に、図９（ａ）のＡ点と同一の場所となるＡ’、Ａ”の各点において、フレアの大きさが異なる。

従って、通常のフレア補正方法では、図９（ｂ）のようなマスク全体のフレアマップを用いて、マスクパターン全体に対してフレア補正を施す。フレアマップを利用したフレア補正の方法としては、補正を行なうパターンの位置に存在するフレア量をフレアマップから読み取り、そのフレア量が存在する場合の基板上に転写される光学像を計算し、その光学像が所望の形状および大きさのパターンが転写されるようにマスクパターンを調整するというパターンの補正を、パターン全体にわたって繰り返し行なうことになる。これはモデルベースの補正方法と呼ばれる。

または、簡易的な補正方法として、補正するパターンの位置における光学像を計算せずに、あらかじめ求められた存在するフレア量に対応するマスクパターンの補正量だけ、パターンを修正するルールベース補正方法もある。

しかし、ルールベース補正を全パターンに適用するためには、膨大な数の組み合わせによるルールとそのときの補正量を求める必要がある。さらに、二次元形状を有するような複雑な形状のパターンでは、ルールが難しいため、ルールベースでの補正精度はモデルベースの補正精度よりも劣る。

マスク内の全パターンについて、フレアＰＳＦとの畳み込み積分によりフレアマップを作成し、微小な領域ごと（〜１μｍ□程度）に、モデルベースの補正を行う場合の計算量の一例を表１に示す。ここで、フレアマップのメッシュサイズは１μｍ□、フレア補正のメッシュサイズは０．１μｍ□とした。

表１から分かるように、同じパターン形状である１チップのフレア補正に対して、マスク全体を同じ方法及び同じ精度で計算すると、計算量は約２９０倍になる。従って、フレア補正にかかる時間も２９０倍となる。つまり、モデルベースによるフレア補正の対象をマスク中の１チップのみに限定することができれば、補正にかかる時間は１／２９０に短縮することができる。

１チップ分のマスクパターンのフレア補正をモデルベースにて行った後、フレア補正済みのパターンを図７のように配置する。しかし、図９（ｂ）のように、チップの配置位置が異なると、各点でのフレア量が異なり得る。従って、まず、図３（ｂ）のようなフレアマップを作成する。このとき、メッシュサイズを１００μｍ□程度と大きくする。これにより、マスク全体のフレアマップにおいて、メッシュ数は２４０×３３０ 個と少なくなり、計算量は少なくなり、計算時間の増加を抑制することができる。

また、あらかじめ実験やシミュレーションにより、図１０に示すようなフレアの量とパターン寸法の変化量の関係を求めておく。図１０は、ターゲット寸法（ＣＤ）３２ｎｍのライン＆スペース（Ｌ／Ｓ）パターンを形成する場合のシミュレーションによる計算結果を示す。横軸がフレアの量を表しており、フレアが存在しない場合に３２ｎｍとなっていたパターンが、１０％のフレアが存在する状態では、１７．６ｎｍになる。ターゲット寸法からの差(すなわち寸法変化量)をプロットし、回帰計算によりフレア量に対する寸法変化量が計算できるようにした。

この結果から、図１１に示すように、フレアの量に対する寸法変化量を補うような、パターンのリサイズ量を決定する。図１１に示す例では、パターンを太らせるように補正するため、パターンの各辺のバイアス量という形式で、リサイズ量、すなわち補正量を表している。このようにして、補正量をフレア量に対するテーブルや関数として定義しておく。

前述の１チップ分のフレア補正を行ったパターンを、多チップ取りのマスクに、チップの配置情報にしたがって配置した場合に、１チップ分で計算したフレアマップとは異なるフレア分布が、マスク全体には存在する。先に計算したマスク全体のフレアマップの各メッシュ（サイズ１００μｍ□）内のパターンに対して、メッシュ内のフレア量に対応するパターンのリサイズを行なうことで、ルールベースのフレア補正を行う。これにより、マスク全体のフレア補正を行うことができる。

このようなフレア補正方法を図１２に示すフローチャートを用いて説明する。
（ステップＳ２０１）多チップ取りマスクのチップ配置情報、１チップ分のマスクパターン及びフレアＰＳＦが取得される。
（ステップＳ２０２）１チップ分のマスクパターンに対してメッシュ分割を行い、各メッシュにおけるパターン密度を求め、パターン密度マップを計算する。
（ステップＳ２０３）ステップＳ２０２で計算したパターン密度マップと、フレアＰＳＦとの畳み込み積分を行い、１チップ分のフレアマップを計算する。
（ステップＳ２０４）ステップＳ２０３で計算したフレアマップに対してモデルベースの補正（フレア補正）を行い、１チップ分の補正済みパターンを得る。
（ステップＳ２０５）マスク全体に対してメッシュ分割を行い、各メッシュにおけるパターン密度を求め、パターン密度マップを計算する。なお、このステップにおけるメッシュはステップＳ２０２におけるメッシュよりも大きい。
（ステップＳ２０６）ステップＳ２０５で計算したパターン密度マップと、フレアＰＳＦとの畳み込み積分を行い、マスク全体のフレアマップを計算する。
（ステップＳ２０７）ステップＳ２０４で得られた１チップ分の補正済みパターンをチップ配置情報に基づいてマスク内に配置する。
（ステップＳ２０８）ステップＳ２０７で求められるマスクパターンと、ステップＳ２０６で求められるフレアマップとを用いて、各メッシュ内のフレア量に対応するパターンのリサイズを行うことで、ルールベースのフレア補正を行う。パターンのリサイズには、予め求めておいた図１１に示すようなフレアとパターン補正量との関係を参照する。これによりフレア補正済みのマスクパターンが得られる。

このように、本実施形態に係るフレア補正方法は、１チップ分のフレア補正をモデルベースで行い、マスク全体のパターンに対するフレア補正を、１チップ分のフレア補正を行ったパターンのリサイズにより行なう。

そのため、厳密なフレア補正を行うための計算量を削減することができる。また、単純なパターンのリサイズという図形処理を行うだけで、マスクパターン全体のフレア補正が可能となるため、マスクパターン全体のフレア補正にかかる時間を大幅に短縮することができる。

上述のように、フレア補正にかかる時間を短縮することで、半導体デバイスを製造するために必要なマスクを製作するためのデータのリリースを早め、マスク製作までのリードタイムを短縮することができる。また、マスク全体に対するモデルベースのフレア補正を行う必要がなくなるため、フレア補正を行なうためのコンピュータに対する投資を抑制することができ、半導体デバイス製品の開発コストを削減することができる。

（第４の実施形態）上記第３の実施形態では、１チップのみのフレアマップの計算及びマスク全体のフレアマップの計算において、チップ外及びマスク外の領域については考慮していなかった。本実施形態では、フレア補正の精度をさらに向上させるために、前記チップ外及びマスク外の領域を考慮したフレアマップの計算を行う。

図７に示したように、１つのチップの隣には、所定間隔をおいて同一のチップが存在している。そして、このマスクを使用して半導体デバイスを製造するためのパターンを基板上に転写する際には、基板にこのマスクの領域に対応するパターンをある間隔で敷き詰めるように転写する。そのため、１つのチップの隣には同一のチップが露光されることになる。

そこで、上記第３の実施形態における１チップ分のフレアマップの計算工程（ステップＳ２０３）において、隣接するチップの存在を仮定する。その際、図１３に示すように、フレアＰＳＦの影響範囲を、パターンからの距離Ｒ_ｍａｘまでと設定する。

例えば、１チップ分のフレアマップを計算する工程においては、図１４（ａ）に示すように、Ｒ_ｍａｘはチップの対角線程度の長さとする。上記第３の実施形態で説明した例では、チップの対角線の長さは２０ｍｍであるため、Ｒ_ｍａｘ＝２０ｍｍと設定する。ただし、計算されるフレアマップは、上記第３の実施形態と同じメッシュ数になる。

次に、マスク全体のフレアマップ計算においても、マスクに隣接して同一のマスクが存在することを仮定して、フレアマップを計算する。この場合も、フレアＰＳＦの影響範囲とマスクの対角線長程度とし、図１４（ｂ）に示すように、Ｒ_ｍａｘ＝４０．８ｍｍと設定する。ここでも、フレアマップは上記第３の実施形態と同じメッシュ数になる。

本実施形態でのフレアマップ作成において考慮すべきパターン定義領域サイズは、以下の表２のようになる。

従って、上記第３の実施形態と比較して、１チップ分の計算量が約１５倍、マスク全体の計算量が約５．９倍に増加する。フレアマップの計算領域はそれぞれ、チップサイズ、マスクサイズであり、上記第３の実施形態と同じであるため、メッシュ数の２乗まで増加することはない。

実際には、モデルベースによるフレア補正にかかる時間が長いため、フレア補正全体のフローにかかる時間は、何倍にも長くなることはなく、マスクパターン全体をモデルベースでフレア補正するよりも、短時間で補正を行うことができる。フレア補正の精度は、実際の露光に近い状態でフレアマップを計算するため、上記第３の実施形態よりも高まる。

このように、本実施形態によるフレア補正方法により、フレア補正を高精度かつ高速に行うことができる。また、半導体デバイスを製造するために必要なマスクを製作するためのデータのリリースを早め、マスク製作までのリードタイムを短縮することが可能となり、半導体デバイス製品を市場に投入することが可能となる。また、マスク全体に対するモデルベースのフレア補正を行なう必要がなくなるため、フレア補正を行なうためのコンピュータに対する投資を抑制することができ、半導体デバイス製品の開発コストを削減することが可能となる。

（第５の実施形態）本実施形態は、上記第３及び第４の実施形態によりフレア補正されたマスクを用いて加工基板へのパターンの露光を高精度に行うものである。

上記第４の実施形態に係る方法によりフレア補正を行ったマスクパターンは、加工基板の全面にわたって繰り返し露光を行ったときに、隣接するマスクパターンの存在が仮定されて形成されている。従って、基板上の転写位置として、隣接する転写パターンが存在する場合と存在しない場合とで差が生じ得る。

例えば、図１５に示すように、基板の外周部付近に転写するパターンには、隣接する転写パターンが存在しない。そのため、外周部付近に転写されるパターンは、仮定していた隣接する転写パターンからのフレアがなくなるため、想定されている露光量よりも少ない露光量でパターンが形成される。従って、外周部付近に形成されるパターンは、フレア補正されていても、補正量が充分でない状態になり、所望の寸法のパターンを形成できなくなる。

そこで、本実施形態では、外周部について、具体的には転写基板の外側のマスクパターンの対角線長程度の領域については、露光量を調整することにより、所望の寸法が形成されるようにする。ただし、図１５に示すように、欠けショットと呼ばれる、基板内にマスク内のパターンの一部が転写されないが、１チップ分以上のパターンを転写できる領域のパターンは露光することを想定している。

もし、何らかの理由により、さらに外周の大きな領域に対して、マスクパターンを転写しない領域が存在するのであれば、転写するパターンの最外周から、マスクパターンの対角線長程度の領域が、この対象となる。

本実施形態においても、上記第３、第４の実施形態と同様に、フレアマップを作成する。フレアマップの作成対象は、転写するパターンのウェーハの最外周部分までを含む、転写基板上の領域である。ここでも、フレアマップのメッシュの大きさはそれほど微細でなくてもかまわない。ここで、１００μｍ□のメッシュとして、直径３００ｍｍの基板全面のフレアマップを作成すると、約７百万個のメッシュになる。

実際には、外周４０ｍｍ程度の領域について露光量を制御するとなると、さらに４０ｍｍ程度基板の内側に入った領域までがフレアマップの計算時に考慮する領域となるため、｛１５０^２−（４０×２）^２｝×π＝５０５８０ｍｍ^２の面積となり、約５百万個のメッシュ数となる。

この領域のパターン密度マップを作成し、図１３に示すフレアＰＳＦとの畳み込み積分により、フレアマップを計算する。そして、パターンの転写時には、フレアマップに示されている各メッシュのフレア量に基づいて、図１１に示すようなリサイズ量を参照し、所望のパターン線幅となるような露光量でパターンの転写を行う。その際の露光量の制御は、露光装置の露光面内１００μｍ□の領域ごとに、最適露光量となるように行われることになる。

また、上記第３の実施形態に係る方法によりフレア補正されたマスクを用いてパターンを転写する場合についても、基板全面にわたるフレアマップを用いて、同様の方法で露光量を制御して、パターンを基板全面に露光することにより、基板全面にわたって、所望の寸法精度でパターンを転写することが可能となる。

本実施形態のように、マスクパターンのフレア補正のみでは露光量が足りなくなるような場所へのパターンの転写に対しても、基板上に転写されるマスクパターンの配列レイアウトに基づいてフレアマップを作成し、フレアマップのメッシュごとに、所望の寸法となる露光量にてパターンを転写することが可能となる。すなわち、マスクパターンのフレア補正では補正しきれないパターンを、露光量を制御して補正することが可能となる。

このように、本実施形態により、加工基板全面にわたって、所望の寸法となるようにパターンを転写することが可能となり、パターンの寸法精度を高め、半導体デバイス製品の製造歩留まりをさらに向上させることができる。

なお、本発明は上記実施形態そのままに限定されるものではなく、実施段階ではその要旨を逸脱しない範囲で構成要素を変形して具体化できる。また、上記実施形態に開示されている複数の構成要素の適宜な組み合わせにより、種々の発明を形成できる。例えば、実施形態に示される全構成要素から幾つかの構成要素を削除してもよい。さらに、異なる実施形態にわたる構成要素を適宜組み合わせてもよい。

１０１ フレア量計算領域
１０２ パターン定義領域

Claims (5)

1. マスクに形成されたパターン及び投影光学系を通過した露光光に重畳されるフレア光の強度と前記パターンからの距離との関係を示すフレア広がり関数を取得する工程と、
   前記パターンからの距離が所定値以下となる前記マスクの第１領域におけるパターン密度分布を算出する工程と、
   前記パターンからの距離が前記所定値より大きい前記マスクの第２領域におけるパターン被覆率を算出する工程と、
   前記第１領域に対応する前記フレア広がり関数と前記パターン密度分布とを畳み込み積分し、前記パターンについての第１フレア分布を算出する工程と、
   前記第２領域に対応する前記フレア広がり関数の積分値と前記パターン被覆率とを乗算して前記第２領域に対応するフレア値を算出する工程と、
   前記第１フレア分布に前記フレア値を加算して第２フレア分布を算出する工程と、
   前記第２フレア分布に基づいて前記パターンを補正する工程と、
   を有するフレア補正方法。
2. 前記第１フレア分布を算出する工程において、前記第１領域から、前記パターンからの距離が光近接効果補正での１回の計算領域である光学半径以下となる領域を除外した第３領域に対応する前記フレア広がり関数と、前記第１領域に対応する前記パターン密度分布とを畳み込み積分することを特徴とする請求項１に記載のフレア補正方法。
3. マスクに形成されたパターン及び投影光学系を通過した露光光に重畳されるフレア光の強度と前記パターンからの距離との関係を示すフレア広がり関数を取得する工程と、
   前記マスクに形成された複数個の同一のチップのうちの１つのチップについて、メッシュが第１サイズとなる第１パターン密度分布を算出する工程と、
   前記第１パターン密度分布と前記フレア広がり関数とを畳み込み積分し、前記１つのチップについての第１フレア分布を算出する工程と、
   前記第１フレア分布に基づいて、前記１つのチップ内のパターンに対してモデルベースの補正を行い、第１補正パターンを算出する工程と、
   前記マスクについて、メッシュが前記第１サイズより大きい第２サイズとなる第２パターン密度分布を算出する工程と、
   前記第２パターン密度分布と前記フレア広がり関数とを畳み込み積分し、前記マスクについての第２フレア分布を算出する工程と、
   前記第１補正パターンを有するチップが前記複数個配置されたマスクパターンに対して、前記第２フレア分布に基づいてルールベースの補正を行い、第２補正パターンを算出する工程と、
   を有するフレア補正方法。
4. 前記第１フレア分布を算出する工程において畳み込み積分を行う範囲は、前記チップの中心からの距離が前記チップの対角線長以下となる範囲であり、
   前記第２フレア分布を算出する工程において畳み込み積分を行う範囲は、前記マスクの中心からの距離が前記マスクの対角線長以下となる範囲であることを特徴とする請求項３に記載のフレア補正方法。
5. 請求項１乃至４のフレア補正方法により補正されたマスクパターンに対応するマスクを用いて露光を行い、半導体基板上にパターンを形成することを特徴とする半導体デバイスの製造方法。

Images