JP2000232057A

JP2000232057A - レジストパターンのシミュレーション方法およびパターン形成方法

Info

Publication number: JP2000232057A
Application number: JP3233199A
Authority: JP
Inventors: Hiroyuki Kubota; 浩之久保田; Tsuneo Terasawa; 恒男寺澤
Original assignee: Hitachi Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd
Priority date: 1999-02-10
Filing date: 1999-02-10
Publication date: 2000-08-22

Abstract

(57)【要約】【課題】光リソグラフィにより形成されるパターン形状
を予測するシミュレーション方法およびシステム、さら
にこの方法に基づく被露光基板およびマスクパターンの
設計方法を提供する。【解決手段】被露光基板の構造を考慮して、レジスト膜
内の平均感光剤濃度分布および形成されるパターン輪郭
を数値計算により、被露光基板の層構造に依存する定在
波効果による寸法変化を予測し、予測結果と所望の輪郭
とを比較し、被露光基板の層構造およびマスクパターン
を設計する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は半導体集積回路や液
晶パネル等の製造に用いられる光リソグラフィ技術に係
り、特に被露光基板上に形成されるレジストパターンの
輪郭のシミュレーション方法および本方法を用いたシミ
ュレーションシステム、被露光基板の層構造設計方法な
らびにマスクパターンの設計方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】光リソグラフィ技術により形成されるレ
ジストパターン形状をシミュレーションにより予測する
際、次に示す計算方法が用いられてきた。

【０００３】第１の方法は、ウェハ表面に照射される光
強度分布にスライスレベルを適用して形成されるパター
ン寸法・輪郭を予測する方法である（従来法１）。前記
光強度分布は、例えば、コダック・マイクロエレクトロ
ニクス・セミナー・インターフェース ’８５（Kodak
Microelectronics Seminar Interface '85）にお
けるモデリング・アエリアル・イメージズ・イン・ツー
・アンド・スリー・ディメンションズ（Modeling Aeri
al Images in Two and Three Dimensions）と題
する論文に記載されている高速フーリエ変換（ＦＦＴ）
を用いて計算する方法等が挙げられる。この方法は、計
算時間が短く、計算空間も被露光基板表面に平行な２次
元空間であるためデータ容量も少なくてすみ、広い面積
にわたる大規模パターンに対応可能である。

【０００４】第２の方法は、光強度分布計算、感光剤濃
度分布計算、ベーク拡散計算、現像計算をすることによ
り形成されるパターン形状を予測する方法である（従来
法２）。この方法を用いたシミュレータとしては、ＵＣ
Ｂ（University of California Berkley）からはア
イ・イー・イー・イー・トランザクションズ・オン・エ
レクロトン・デバイシスＥＤ２６巻（１９７９年）
（IEEE Transactions onElectron Devices, vol.
ED-26, No. 4, April, 1979）におけるア・ゼネラ
ル・シミュレータ・フォー・ヴィエルエスアイ・リソグ
ラフィ・アンド・エッチング・プロセシス・パート・ワ
ン・アプリケーション・トゥー・プロジェクション・リ
ソグラフィ（A General Simulator for VLSI Lith
ography and Etching Processes: Part I - App
lication to Projection Lithography）と題する論
文等に記載されているＳＡＭＰＬＥおよびＳＡＭＰＬＥ
−３Ｄ、およびフィンリ・テクノロジーズ社（FINLE T
echnologies Inc.）からはインサイド・プロリス（フ
ィンリ・テクノロジーズ）（Inside Prolith（FINLETe
chnologies Inc.））と題する著書等に記載されている
ＰＲＯＬＩＴＨおよびＰＲＯＬＩＴＨ−３Ｄが発表され
ている。従来法２は、光リソグラフィの様々なパラメー
タの影響を考慮して、形成されるレジストパターンの３
次元形状を求めることが可能である。

【０００５】第３の方法は、集約パラメータモデルに基
づく方法で、その詳細はリソグラフィ・フォー・ブイ・
エル・エス・アイ・チャプター２・ブイ・エル・エス・
アイ・エレクトロニクス・マイクロストラクチャー・サ
イエンス・アカデミック・プレス・ニューヨーク１９
８７（Chapter 2, Lithography for VLSI, VLSIEl
ectronics-Microstructure Science, R.K.Watts and
N.G.Einspruch,eds., Academic Press （New Yor
k:1987））におけるルンプド・パラメータ・モデル・フ
ォー・オプティカル・リソグラフィ（Lumped Paramete
r Modelfor Optical Lithography）と題する論文等
に記載されている（従来法３）。このモデルは、現像速
度についての単純なモデルと現像プロセスについての現
像論的な表現に基づいたものである。短い計算時間で現
像の効果を考慮可能である。

【０００６】第４の方法は、レジストプロセスを単純化
して表す方法で、プロシーディング・オブ・エス・ピー
・アイ・イー・オプティカル・マイクロリソグラフィ
２７２６巻（１９９６年）（Proceeding of SPIE, O
ptical Microlithography,Vol.2726, 1996）における
アプロキシメート・モデルズ・フォー・レジスト・プロ
セッシング・エフェクツ（Approximate Models for
Resist Processing Effects）と題する論文に記載さ
れている（従来法４）。現像の効果を単純化して表し、
短い計算時間で計算可能である。

【０００７】従来法１を用いて光近接効果補正（ＯＰ
Ｃ）を行う試みの一つはシミュレーションベースＯＰＣ
と呼ばれており、例えば、プロシーディング・オブ・エ
ス・ピー・アイ・イー・オプティカル・マイクロリソグ
ラフィ２７２６巻（１９９６年）（Proceeding of
SPIE, Optical Microlithography, vol.2726, 199
6）におけるマセマティカル・アンド・シー・エー・デ
ィー・フレームワーク・フォー・プロシキミティ・コレ
クション（Mathematical and CAD Framework for
Proximity Correction）と題する論文等に記載されて
いる。従来法１により計算された光強度分布をもとにし
て、所望のパターンが形成されるようにマスクパターン
の形状を補正する方法である。

【０００８】また、従来法１を用いてＯＰＣを行うもう
一つの試みとして、ルールベースＯＰＣがあり、プロシ
ーディング・オブ・エス・ピー・アイ・イー・オプティ
カル・レーザ・マイクロリソグラフィ２１９７巻（１
９９４年）（Proceeding ofSPIE, Optical/Laser Mi
crolithography, vol.2197, 1994）におけるオートメ
ーティド・オプティカル・プロキシミティ・コレクショ
ン・ア・ルールズ・ベースド・アプローチ（Automated
optical proximity correction - a rules-base
d approach）と題する論文等に記載されている方法に
基づいて、マスクパターン形状を補正する方法である。

【０００９】また、レジスト内の感光剤濃度分布から直
接パターン形状を予測する方法が特開平１０−２５６１
２０号公報に開示されている。

【００１０】

【発明が解決しようとする課題】レジストパターン形状
を予測する上記の従来法の問題点は次の通りである。

【００１１】従来法１では、レジスト膜厚および下地層
構造および反射防止膜等に依存するパターン形状の変化
を予測できない。

【００１２】従来法２では、レジストパターンの断面形
状まで求められるものの、計算時間が長く、３次元計算
であるためデータ容量も大きくなり、大規模パターンに
対して、実用的な計算時間・データ容量で計算すること
は困難である。

【００１３】従来法３および従来法４では、現像の効果
は考慮できるが、レジスト膜厚および下地層構造および
反射防止膜等に依存する定在波効果の影響によるレジス
トパターン寸法・輪郭の変化を予測できない。

【００１４】一方、前述の従来法１に基づく光近接効果
補正を行うシミュレーションベースＯＰＣおよびルール
ベースＯＰＣでは、被露光基板のレジスト膜厚および下
地層構造および反射防止膜等に依存する定在波効果の影
響を考慮して、所望のレジストパターン輪郭が得られる
ようにマスクパターン形状を補正することはできない。

【００１５】また、特開平１０−２５６１２０号公報に
記載されている方法では、しきい値の定め方が一般化さ
れていないことと、データ容量を少なくする面で問題が
ある。

【００１６】本発明の課題は、短い計算時間と少ないデ
ータ容量で、レジスト膜厚および下地層構造および反射
防止膜等の設定条件に依存する定在波効果の影響による
レジストパターン寸法・輪郭の変化を予測可能なシミュ
レーション方法を提供することである。

【００１７】また、本発明の他の課題は、このシミュレ
ーション方法を用いて、被露光基板のレジスト膜厚およ
び下地層構造および反射防止膜等に依存する定在波効果
の影響を考慮して、良好なパターンを形成できるように
被露光基板のレジスト膜厚および下地層および反射防止
膜等の層構造・膜厚を設計する方法を提供することであ
る。

【００１８】本発明のさらに他の課題は、被露光基板の
レジスト膜厚および下地層構造および反射防止膜等に依
存する定在波効果の影響を考慮して、良好なパターンが
形成できるようにマスクパターンを設計する方法を提供
することである。

【００１９】

【課題を解決するための手段】上記の課題を解決するた
めに、本発明では被露光基板におけるレジストの膜厚・
屈折率・感光パラメータ、および下地層の層構造・膜厚
・複素屈折率、および反射防止膜の膜厚・複素屈折率、
等に依存する定在波効果の影響を考慮して、レジスト薄
膜平面上の平均感光剤濃度分布の計算を導入する。

【００２０】すなわち本発明のシミュレーション方法
は、マスクパターン形状、露光光の波長、レンズの開口
数、照明条件、デフォーカスの条件を入力する工程と、
レジスト層を含む被露光基板の表面に照射される露光光
の分布を計算する工程と、露光量、レジストの膜厚・屈
折率・感光パラメータ、下地層の構造・膜厚・複素屈折
率、反射防止膜の膜厚・複素屈折率、基板の複素屈折率
の条件を入力する工程と、前記レジスト層内の感光剤濃
度分布を計算し、前記感光剤濃度分布をレジスト層の深
さ方向に平均して平均感光剤濃度分布を計算する工程
と、入力パラメータに基づいて感光剤濃度の関数として
現像速度を求める工程と、所定の現像速度に対応する感
光剤濃度しきい値を求める工程と、上記感光剤濃度しき
い値を前記平均感光剤濃度分布に適用して前記レジスト
の現像後のパターン輪郭を数値計算する工程と、計算に
より得られたパターン輪郭を表示する工程とからなるこ
とを特徴とする。

【００２１】このうち、感光剤濃度の計算については、
アイ・イー・イー・イー・トランザクションズ・オン・
エレクロトン・デバイシスＥＤ２２巻（１９７５年）
（IEEE Transactions on Electron Devices, vol.
ED-22, No. 7, July,1975）におけるキャラクタラ
イゼーション・オブ・ポジティブ・フォトレジスト（Ch
aracterization of Positive Photoresist）と題す
る論文等に記載されているＤｉｌｌの感光モデルによ
り、まずレジスト層内の感光剤濃度分布Ｍ（ｘ，ｙ，
ｚ）を計算し、次に図２に示すように、点（ｘ，ｙ）に
対して、レジスト上面（ｚ＝０）から、レジストと下地
層との界面（ｚ＝ｚ_d）までＭ（ｘ，ｙ，ｚ）を平均し
て、数１により平均感光剤濃度Ｍ_m（ｘ，ｙ）を求め
る。

【００２２】

【数１】

【００２３】ただし、ｚ_dはレジスト膜厚である。この
操作を計算領域全域の（ｘ，ｙ）に対して行う。

【００２４】次に、Ｍ_m（ｘ，ｙ）に、感光剤濃度しき
い値Ｍ_thを適用し、ポジレジストの場合はＭ_m（ｘ，
ｙ）＜Ｍ_thならば現像によりレジストは除去され、Ｍ_m
（ｘ，ｙ）＞Ｍ_thならば現像後もレジストは残ると仮定
して、レジストパターン寸法・輪郭を計算する。ネガレ
ジストの場合はこの関係は逆になる。

【００２５】ここで、感光剤濃度しきい値は、上記Ｄｉ
ｌｌの現像モデル、またはジャーナル・オブ・エレクト
ロケミカル・ソサエティ１３４巻（１９８７年）（Jo
urnal of Electrochemical Society, vol. 134,
No. 1, January, 1987）におけるディベロップメン
ト・オブ・ポジティブ・フォトレジスト（Development
of Positive Photoresists）と題する論文に記載さ
れているＭａｃｋの現像モデル等により得られる現像速
度の感光剤濃度依存性において現像速度曲線の変曲点に
おける感光剤濃度の値であるとした。

【００２６】ただし、前記変曲点が感光剤濃度値が０と
１の間にない場合は、特開平１０−２５６１２０号に開
示されているしきい値、すなわち、与えられた露光量に
対して計算した寸法が実験値とほぼ一致する値をしきい
値として用いる。このしきい値を、前記変曲点が感光剤
濃度値が０と１の間にある場合に採用してもよい。

【００２７】この計算方法では、図６に示すように、光
リソグラフィの主要全工程を計算する従来法２と比べ
て、計算時間は約１／９〜１／１０である。また、この
計算方法では、ある（ｘ，ｙ）の値に対してＭ（ｘ，
ｙ，ｚ）を求めた後、直ちに上記数１によりレジスト層
の深さ方向（ｚ方向）に平均してＭ_m（ｘ，ｙ）を求め
るため、計算過程で格納しておかなければならないデー
タは３次元配列Ｍ（ｘ，ｙ，ｚ）ではなく、２次元配列
Ｍ_m（ｘ，ｙ）である。そのため、コンピュータにおけ
るデータメモリは従来法１の光強度分布計算と殆ど同じ
オーダーである。

【００２８】例えば、一辺２．５６μmの正方形領域に
ついて、レジスト層に水平な、ｘ，ｙ方向のメッシュ分
割幅は０．０１μm、レジスト層の深さ方向（ｚ方向）
は１２０分割であるとすれば、従来法１の光強度分布計
算は２次元配列であるため、必要とされる節点数は２５
６×２５６＝６５５３６である。また、本計算方法で
は、２次元配列の節点６５５３６に加えて、露光量の分
割を１０３であるとすれば、感光剤濃度テーブルのデー
タは（露光量の分割数＝１０３）×（ｚ方向の分割数＝
１２０）で与えられるために１２３６０である。ゆえ
に、本計算方法で必要な節点数は６５５３６＋１２３６
０＝７７８９６である。

【００２９】一方、従来法２では、３次元配列を必要と
するため、必要とされる節点数は２５６×２５６×１２
０＝７８６４３２０である。

【００３０】上述のように本発明の計算方法を用いれ
ば、従来法１の光強度分布計算とほぼ同じ位広い面積に
おいて、被露光基板のレジスト膜厚および下地層構造お
よび反射防止膜等の層構造の影響を考慮して、光リソグ
ラフィにより形成されるパターン寸法および輪郭を予測
することが可能となる。

【００３１】

【発明の実施の形態】本発明の例として、ここでは主と
して、ＫｒＦエキシマレーザリソグラフィによるパター
ン形成について示す。また、当然のことであるが、本発
明は以下の実施形態により限定されるものではない。

【００３２】（実施例１）図１に、本発明のレジストパ
ターン輪郭のシミュレーション方法のフローチャートを
示す。図１に示すシミュレーション方法において、座標
系は図２に示すように、被露光基板表面に平行な方向を
ｘ，ｙ座標とし、被露光基板表面に垂直な方向をｚ座標
とした。

【００３３】まず、被露光基板表面に照射される光強度
分布Ｉ（ｘ，ｙ）を計算する（処理１）。次に、ある
（ｘ，ｙ）の値に対して、レジスト層内の感光剤濃度分
布Ｍ（ｘ，ｙ，ｚ）を計算し、前記数１により平均感光
剤濃度分布Ｍ_m（ｘ，ｙ）を計算する。この操作を計算
領域全域の（ｘ，ｙ）に対して行う（処理２）。現像速
度曲線等により得られた感光剤濃度しきい値Ｍ_thを、処
理２で得られたＭ_m（ｘ，ｙ）の分布に適用して、形成
されるレジストパターン寸法・輪郭を計算する（処理
３）。処理１で得られたＩ（ｘ，ｙ）、処理２で得られ
たＭ_m（ｘ，ｙ）、処理３で得られたレジストパターン
寸法・輪郭を表示する（処理４）。

【００３４】図３に本発明のシミュレーション方法に基
づくシミュレーションシステムの概要を示す。本システ
ムは、データ入力部１２、演算処理部１３、グラフ表示
部１４とから構成されている。光強度分布シミュレーシ
ョンでは、データ入力部１２で、露光光の波長、照明条
件、レンズの開口数、マスクパターン、デフォーカスの
データを入力し、演算処理部１３で、光強度分布シミュ
レータにより縮小投影露光装置を通して被露光基板表面
に照射される光強度分布を計算し、グラフ表示部１４
で、光強度分布を画面表示する。平均感光剤濃度分布シ
ミュレーションに関しては、まず、データ入力部１２
で、露光条件、およびレジストの膜厚、屈折率、露光パ
ラメータ、および下地層の膜厚、複素屈折率、および反
射防止膜等の膜厚、複素屈折率、および基板の複素屈折
率を入力する。

【００３５】次に、演算処理部１３で、光強度分布シミ
ュレータにより得られた被露光基板表面における光強度
分布を表面条件として用い、平均感光剤濃度分布シミュ
レータによりレジスト内の平均感光剤濃度分布および形
成されるレジストパターン寸法・輪郭を計算する。最後
に、グラフ表示部１４で、平均感光剤濃度分布および形
成されるレジストパターン寸法・輪郭を表示する。

【００３６】次に、このシミュレーション方法を用い
て、定在波効果に起因する寸法変動のデフォーカス依存
性について検討した結果を示す。

【００３７】ここでは、ＫｒＦエキシマレーザを光源と
して、０．３０μmライン／スペースパターン（バイナ
リマスク）を化学増幅ポジ型レジストに転写する場合の
パターン寸法のレジスト膜厚依存性を計算した。光学計
算の条件は、露光光の波長λ＝０．２４８μm、レンズ
の開口数ＮＡ＝０．５０、照明はσ＝０．６０の通常照
明であるとした。平均感光剤濃度分布計算の条件は、露
光量Dose＝１７０mJcm^-2、レジストはＡＰＥＸ−Ｅ（Ｓ
ｈｉｐｌｅｙ社製）、Ｄｉｌｌの感光パラメータは、Ａ
＝−０．０１μm^-1、Ｂ＝０．３６２μm^-1、Ｃ＝０．０
０３３cm²/mJ、レジストの屈折率はＮ_Resist＝１．７
４、基板Ｓｉの複素屈折率はｎ_Si＝１．５６−ｉ・３．
５６５であるとした。また感光剤濃度しきい値はＭａｃ
ｋモデルにより得られるＭ_th＝０．８０を用いた。

【００３８】図７に、前記条件下で計算した、レジスト
パターン寸法ＣＤのレジスト膜厚依存性（スウィング・
カーブ）を示す。スウィング・カーブの振幅は、デフォ
ーカスｄｆが０．０μmのときは０．０９６μm、デフォ
ーカスｄｆが０．５μmのときは０．１３４μmとなっ
た。図７より、本実施例の条件下では、デフォーカスの
変化によらず、寸法が一定となるレジスト膜厚が存在す
ることが分かった。

【００３９】図８に上記条件下でのスウィング・カーブ
の振幅ΔＣＤのデフォーカス依存性を示す。デフォーカ
スの増加とともにΔＣＤの値も増加し、かつ、曲線の傾
きは急になった。デフォーカスが０．６μmのときのΔ
ＣＤは０．１５９μmであり、ベストフォーカスのとき
の約１．６６倍となった。

【００４０】図９に、あるレジスト膜厚における平均感
光剤濃度Ｍ_m（ｘ）の極大値Ｍ_m（ｘ_max）および極小値
Ｍ_m（ｘ_min）のレジスト膜厚依存性を上記の条件下で求
めた結果を示す。ここではライン／スペースパターンの
ピッチ方向はｘ方向であるとし、ｘ_maxおよびｘ_minは、
Ｍ_m（ｘ）が極大および極小となるｘ座標であるとし
た。

【００４１】図９と図７を比較すると、デフォーカス値
によらず、形成されるレジストパターン寸法ＣＤが極大
となるレジスト膜厚のときにＭ_m（ｘ_max）およびＭ
_m（ｘ_min）は極大となり、ＣＤが極小となるレジスト膜
厚のときにＭ_m（ｘ_max）およびＭ_m（ｘ_min）は極小とな
った。本実施例の条件下では、Ｍ_m（ｘ_min）の方がレジ
スト膜厚に対する変化が大きく、Ｍ_m（ｘ_max）の方がデ
フォーカスに対する変化が大きい。

【００４２】ここで、平均感光剤濃度の極大値Ｍ_m（ｘ
_max）と極小値Ｍ_m（ｘ_min）を光学コントラストの式に
適用して平均感光剤濃度コントラストの式を次の数２の
ように定義する。

【００４３】

【数２】

【００４４】数２により求めた平均感光剤濃度コントラ
ストCount_Mmのレジスト膜厚依存性を図１０に示す。図
１０と図７を比較すると、レジストパターン寸法が極小
および極大となるレジスト膜厚のときにCount_Mmは極大
および極小となった。また、デフォーカスが０．５μm
の方がCount_Mmは低下した。

【００４５】以上のように、デフォーカスの影響により
寸法変動幅が増大し、平均感光剤濃度コントラストが低
下することが、平均感光剤濃度モデルにより示された。
また、本実施例の条件下では、デフォーカスによらず寸
法が一定となるレジスト膜厚ｚ_d（例えばｚ_d＝０．８３
０μm）が存在することから、デフォーカスによる寸法
変動の影響を最小にするようにレジスト膜厚を設定可能
であることを示すことができた。

【００４６】（実施例２）実施例２では、現像速度の感
光剤濃度依存性をもとにして、感光剤濃度しきい値を設
定する例を示す。ここでは、現像パラメータがよく知ら
れているｉ線レジストを対象とした。前出のＤｉｌｌの
現像モデルでは、現像速度の感光剤濃度Ｍに対する依存
性は数３で与えられる。

【００４７】

【数３】

【００４８】図４に現像速度パラメータが、Ｅ₁＝５．
９６，Ｅ₂＝−１．１９，Ｅ₃＝−２．２７であるレジス
トの現像速度を求めた結果を示す。図４より、感光剤濃
度が０．３付近が曲線の変曲点となっているから、この
レジストの感光剤濃度のしきい値Ｍ_thを０．３に設定し
た。

【００４９】次に、このレジストを用いたパターン形成
についてシミュレーションした例を示す。マスクパター
ンは０．３６μm孤立ホールパターンであるとした。光
強度分布計算の条件は、露光光の波長λ＝０．３６５μ
m、レンズの開口数ＮＡ＝Ｏ．５５、照明はσ＝０．３
の通常照明、デフォーカスｄｆ＝０．０μmとした。ま
た、平均感光剤濃度分布計算の条件は、露光量Dose＝１
５０mJ／cm²、Ｄｉｌｌの感光パラメータはＡ＝０．７
４μm−１、Ｂ＝０．２０μm^-1、Ｃ＝０．０１２cm²／m
J、レジストの屈折率ｎ_Resist＝１．７２、基板Ｓｉの
複素屈折率ｎ_Si＝６．５０−ｉ・２．６１であるとし
た。

【００５０】図５に前記条件下で求めた平均感光剤濃度
分布を示す。図５において、等高線は外側から順に、Ｍ
_m（ｘ，ｙ）＝０．９、０．８、０．７、０．６、０．
５、０．４、０．３、０．２である。ここで、しきい値
に対応する０．３の等高線は太く表示してあり、形成さ
れるパターン輪郭を表している。ここでは、レジストは
ポジレジストであるから、Ｍ_m（ｘ．ｙ）の値が０．３
以下の所がレジストが除去される領域に対応している。
図５（ａ）はホール寸法が極大となるレジスト膜厚ｚ_d
＝１．００μmの場合であり、同図（ｂ）はホール寸法
が極小となるレジスト膜厚ｚ_d＝１．０６μmの場合であ
る。図５に示す平均感光剤濃度分布に、図４を用いて設
定したしきい値０．３を適用することにより、レジスト
膜厚の影響を考慮して形成されるホール輪郭を予測でき
た。

【００５１】次に、計算時間について述べる。マスクパ
ターンは０．４０μmライン／スペースパターンである
とする。計算条件は、マスクパターン以外は、図５に示
した例と同一であるとした。また、現像時間は９０ｓで
あるとした。図６にこの条件下で、ＣＰＵ（Central P
rocessing Unit）時間の計算領域長依存性を、大型計
算機Ｍ−８８０（日立製作所製）で測った結果を示す。
ＣＰＵ時間は、計算領域長により少し異なるが、本計算
方法を用いると、パターンの断面形状は求められないも
のの、光リソグラフィの主要全工程を計算する従来法２
の約１／９〜１／１０の時間で計算できた。このような
短時間の計算で、被露光基板のレジスト膜厚・下地層構
造・反射防止膜等に依存する定在波効果の影響を考慮し
て、形成されるパターン輪郭を予測できた。

【００５２】（実施例３）実施例３では、実施例１で示
したシミュレーション方法により、被露光基板における
反射防止膜の影響を検討する。

【００５３】図１１に、本実施例で取り扱う被露光基板
を示す。ここで、ＴＡＲＣ層１６の複素屈折率は１．７
９−ｉ・０．４７、ＢＡＲＣ層１８の複素屈折率は１．
７９−ｉ・０．４７、ＳｉＯ２層２２の複素屈折率は
１．５１−ｉ・０．０であるとした。また、マスクパタ
ーンは０．２８μm孤立ホールパターン（透過率６．０
％ハーフトーンマスク上の開口パターン）であるとし
た。

【００５４】被露光基板の表面に照射される光強度分布
の計算条件は、露光波長λ＝０．２４８μm、レンズの
開口数ＮＡ＝０．６０、コヒーレンスファクタσ＝０．
４０（通常照明）、デフォーカスｄｆ＝０．０であると
した。また、平均感光剤濃度分布計算の条件は、露光量
Dose＝２００mJ／cm²とし、他に必要な入力パラメータ
はすべて実施例１と同じであるとした。

【００５５】図１１に示す層構造１、層構造２につい
て、上層反射防止膜ＴＡＲＣ層１６および下層反射防止
膜ＢＡＲＣ層１８の効果を評価するために、「ＴＡＲＣ
なし・ＢＡＲＣなし（ケース１）」、「ＴＡＲＣあり・
ＢＡＲＣなし（ケース２）」、「ＴＡＲＣなし・ＢＡＲ
Ｃあり（ケース３）」、「ＴＡＲＣあり・ＢＡＲＣあり
（ケース４）」の４通りの場合について、形成されるホ
ール寸法のレジスト膜厚依存性（スウィング・カーブ）
を計算した。その結果を図１２に示す。そして、層構造
の相違および反射防止膜の有無による膜内干渉効果の相
違が形成されるホール径に及ぼす影響を検討した。

【００５６】反射防止膜が無い場合（ケース１）は、ど
の層構造でも定在波効果に起因する寸法変動が大きい。
また、層構造が異なれば寸法が極大および極小となるレ
ジスト膜厚は異なっている。寸法変動幅（スウィング・
カーブの振幅）は、層構造１の場合は０．０６２μm、
層構造２の場合は０．０６４μmと予測できた。

【００５７】ケース２では、寸法が大きいほうにシフト
した。レジスト膜厚に対する寸法変動はケース１よりも
かなり小さい。スウィング・カーブの振幅は層構造１・
層構造２のいずれの場合も０．００６μmであった。

【００５８】ケース３では、寸法が小さい方にシフトし
た。レジスト膜厚の変化に対する寸法変動幅はケース１
よりもかなり小さいが、ケース２よりも少し大きい。ス
ウィング・カーブの振幅は、層構造１の場合は０．０１
５μm、層構造２の場合は０．０１１μmであった。

【００５９】ケース４では、寸法が小さい方にシフトし
た。寸法変動の幅は４通りの反射防止条件の中では最も
小さい。スウィング・カーブの振幅は層構造１・層構造
２のいずれの場合も０．００２μmである。

【００６０】以上のように、実施例１で示したシミュレ
ーション方法により、定在波効果の影響を考慮して、反
射防止膜の効果を寸法変動量として定量的に評価でき
た。

【００６１】（実施例４）実施例４では、実施例１で示
したシミュレーション方法を用いて、ネガレジストを用
いたレイアウトパターン形成について検討し、所望のパ
ターン寸法・輪郭が得られるように被露光基板のレジス
ト膜厚を設定する方法を示す。

【００６２】被露光基板の表面に照射される光強度分布
の計算条件は、露光波長λ＝０．２４８μm、レンズの
開口数ＮＡ＝０．４５、照明はσ＝０．３、デフォーカ
スｄｆ＝０．０μmとした。また、平均感光剤濃度分布
計算の条件は、露光量Dose＝１８０mJ／cm²、レジスト
は化学増幅ネガ型レジストＸＰ−８８４３、Ｄｉｌｌの
感光パラメータはＡ＝−０．９２μm^-1、Ｂ＝１．５５
μm^-1、Ｃ＝０．００２０cm²／mJ、レジストの屈折率は
ｎ_Resist＝１．７６、基板Ｓｉの複素屈折率はｎ_Si＝
１．５６−ｉ・３．５６５であるとした。また感光剤濃
度しきい値はＭ_ｔｈ＝０．９０を用いた。

【００６３】図１３に、ここで用いたマスクパターンを
示す。図１３において、図中に示してあるように、白抜
き多角形は位相０°の開口マスク、斜線でハッチングさ
れた多角形は位相180°の開口マスク、それ以外の所は
遮光部である。図１４に、このパターンを転写するウェ
ハの層構造を示す。層構造Ａと層構造Ｂは図１５に示す
ように隣接して配置されている。

【００６４】図１６に、以上の条件下でネガ型レジスト
を用いたレイアウトパターン形成について、平均感光剤
濃度モデルによりシミュレーションした結果を示す。平
均感光剤濃度の等高線は外側から順に０．９５、０．９
０、０．８５、０．８０、０．７５、０．７０、０．６
５、０．６０である。しきい値に対応する０．９０の等
高線は太く表示してあり、形成されるレジストパターン
輪郭を表している。ここではレジストはネガ型であるか
ら、平均感光剤濃度が０．９０以下の所が、レジストが
残る領域に対応している。

【００６５】図１６(a)は、層構造Ａと層構造Ｂで寸法
が一致するレジスト膜厚ｚ_d＝０．７４５μmの場合であ
る。このときは、層構造Ａと層構造Ｂ上に形成されるパ
ターンはどちらも同じ寸法となった。一方、図１６(b)
は、層構造Ａと層構造Ｂ上に形成されるパターン寸法の
差が極大となるレジスト膜厚ｚ_d＝０．７６０μmの場合
である。この場合は、層構造Ａ上に形成されるパターン
寸法が小さ目となり、層構造Ｂ上に形成されるパターン
寸法が大き目となった。

【００６６】以上により、層構造の相違による寸法差を
抑制するようにレジスト膜厚を設定することができた。

【００６７】（実施例５）実施例５では、実施例１で示
したシミュレーション方法を用いて、基板構造に依存し
た像の歪みを予測し、この歪みを補正するためのマスク
パターン形状の補正方法を示す。

【００６８】計算対象とするマスクパターンは、図１７
に示す通りであり、縦方向の長さが１．０μm、線幅が
０．２６μmの矩形パターンである。ここで、白色領域
は光を透過する開口マスクであり、斜線領域は光を通さ
ないクロム膜を表している。このマスクパターンを転写
する被露光基板の層構造は、図１４に示す２種類であ
り、これが図１５に示すように隣接して配置されてい
る。レジスト膜厚はｚ_d＝０．７９２μmとした。その他
の光強度分布計算、平均感光剤濃度分布計算の条件は、
実施例３と同一であるとした。

【００６９】シミュレーションで得られた平均感光剤濃
度分布を図１９(a)（補正前のマスクパターンの場合）
に示す。層構造Ｂ上の方が線幅が小さくなっている。こ
の場合は、所望のパターンを形成するためには、層構造
Ｂ上に転写する箇所の線幅を図１８に示すように広く補
正すればよい。ここで、白色領域は光を透過する開口マ
スクであり、斜線領域は光を通さないクロム膜を表して
いる。このように補正されたパターンを転写したときの
平均感光剤濃度分布を図１９（ｂ）（補正後のマスクパ
ターンの場合）に示す。層構造Ｂ上に転写される箇所の
パターンの線幅を補正することにより、層構造の相違に
よるパターン寸法の差を抑制できた。

【００７０】

【発明の効果】被露光基板中のレジスト薄膜内の感光剤
濃度分布には、レジストの膜厚および下地層の構造およ
び反射防止膜等の条件に依存するレジスト層内の定在波
効果に関する情報が含まれている。この感光剤濃度分布
をレジスト層の深さ方向に平均することにより定在波効
果に起因する寸法変動を予測できるため、レジストパタ
ーン寸法・輪郭がレジストの膜厚および下地層の構造お
よび反射防止膜等の条件により異なることを予測可能で
ある。このシミュレーション方法を用いて、所望のパタ
ーンが形成できるように被露光基板の層構造を設計可能
である。また、このシミュレーション方法は、被露光基
板の層構造の影響を考慮した近接効果補正のためのツー
ルとして用いることが可能である。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例のシミュレーション方法を示
すフローチャート。

【図２】レジストパターン線幅のモデル化を示す説明
図。

【図３】本発明のシミュレーションシステムの構成を示
すブロック図。

【図４】現像速度の感光剤濃度依存性を示す図。

【図５】平均感光剤濃度の等高線および形成されるレジ
ストパターン輪郭を示す説明図。

【図６】ＣＰＵ時間の計算領域長依存性を示す図。

【図７】レジストパターン寸法のレジスト膜厚依存性を
示す図。

【図８】寸法変動幅のデフォーカス依存性を示す図。

【図９】平均感光剤濃度の極大値および極小値のレジス
ト膜厚依存性を示す図。

【図１０】平均感光剤濃度コントラストのレジスト膜厚
依存性を示す図。

【図１１】被露光基板の層構造の例を示す断面図。

【図１２】形成されるホール寸法のレジスト膜厚依存性
を示す図。

【図１３】レイアウトパターンを示す平面図。

【図１４】被露光基板の層構造を示す断面図。

【図１５】被露光基板上の層構造の配置を示す平面図。

【図１６】平均感光剤濃度分布の等高線および形成され
るレジストパターン輪郭を示す図。

【図１７】補正前のマスクパターン形状を示す平面図。

【図１８】補正後のマスクパターン形状を示す平面図。

【図１９】平均感光剤濃度の等高線および形成されるレ
ジストパターン輪郭を示す図。

【符号の説明】

５…上層膜、６…レジスト層、７…下層膜、８…Ｓｉ基
板、９…露光光、１０…感光剤濃度の等高線、１１…平
均感光剤濃度分布、１２…データ入力部、１３…演算処
理部、１４…グラフ表示部、１６…上層反射防止膜（Ｔ
ＡＲＣ）、１７…レジスト層、１８…下層反射防止膜
（ＢＡＲＣ）、２２…ＳｉＯ₂層、２３…Ｓｉ基板、２
４…層構造Ａ、２５…層構造Ｂ

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続きＦターム(参考） 2H096 AA25 LA17 LA19 LA30 5B046 AA07 DA01 GA01 JA04 5F046 CB05 DA01 DA02 DA14 DB05 DB10 DB14 JA21 JA22 LA14 LA18

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】被露光基板上に形成されたレジスト薄膜上
にパターン情報を有するエネルギ線を照射し、現像処理
後に得られるレジストパターンの輪郭を予測するシミュ
レーション方法において、マスクパターン形状、エネル
ギ線の波長、レンズの開口数、照明条件、デフォーカス
の条件を入力する工程と、前記レジスト薄膜を含む被露
光基板の表面に照射されるエネルギ線の分布を計算する
工程と、露光量、レジストの膜厚・屈折率・感光パラメ
ータ、下地層の構造・膜厚・複素屈折率、反射防止膜の
膜厚・複素屈折率、基板の複素屈折率の条件を入力する
工程と、前記レジスト層内の感光剤濃度分布を計算し、
前記感光剤濃度分布をレジスト層の深さ方向に平均して
平均感光剤濃度分布を計算する工程と、入力パラメータ
に基づいて感光剤濃度の関数として現像速度を求める工
程と、所定の現像速度に対応する感光剤濃度しきい値を
求める工程と、上記感光剤濃度しきい値を前記平均感光
剤濃度分布に適用して前記レジストの現像後のパターン
輪郭を数値計算する工程と、計算により得られたパター
ン輪郭を表示する工程とからなることを特徴とするレジ
ストパターンのシミュレーション方法。
【請求項２】請求項１記載のシミュレーション方法にお
いて、前記パターン情報を有するエネルギ線は、マスク
を透過し、投影レンズを介して被露光基板上にマスクパ
ターン投影像を形成するエネルギ線であることを特徴と
するレジストパターン輪郭のシミュレーション方法。
【請求項３】請求項１に記載のシミュレーション方法に
おいて、前記感光剤濃度しきい値を求める工程は、現像
速度の感光剤濃度依存性を表わす現像速度曲線の変曲点
における感光剤濃度の値をしきい値として設定する工程
であることを特徴とするレジストパターンのシミュレー
ション方法。
【請求項４】請求項１に記載のシミュレーション方法に
おいて、前記感光剤濃度しきい値を求める工程は、与え
られた露光量において計算により求められる寸法が実験
値と一致するようにしきい値を設定する工程であること
を特徴とするレジストパターンのシミュレーション方
法。
【請求項５】被露光基板上に形成されたレジスト薄膜上
にパターン情報を有するエネルギ線を照射し、現像処理
後に得られるレジストパターンの輪郭を予測するシミュ
レーションシステムにおいて、マスクパターン形状、エ
ネルギ線の波長、レンズの開口数、照明条件、デフォー
カスの条件を入力する手段と、前記レジスト層を含む被
露光基板の表面に照射されるエネルギ線の分布を計算す
る手段と、露光量、レジストの膜厚・屈折率・感光パラ
メータ、下地層の構造・膜厚・複素屈折率、反射防止膜
の膜厚・複素屈折率、基板の複素屈折率の条件を入力す
る手段と、前記レジスト層内の感光剤濃度分布を計算
し、前記感光剤濃度分布をレジスト層の深さ方向に平均
して平均感光剤濃度分布を計算する手段と、入力パラメ
ータに基づいて感光剤濃度の関数として現像速度を求め
る手段と、所定の現像速度に対応する感光剤濃度しきい
値を求める手段と、上記感光剤濃度しきい値を前記平均
感光剤濃度分布に適用して前記レジストの現像後のパタ
ーン輪郭を数値計算する手段と、計算により得られたパ
ターン輪郭を表示する手段とからなることを特徴とする
レジストパターンのシミュレーションシステム。
【請求項６】請求項１に記載のシミュレーション方法に
より、既存のマスクパターンにより形成されるレジスト
パターン輪郭を、レジスト膜厚および下地層構造および
反射防止膜等の影響を考慮して計算する工程と、前記計
算結果と所望の寸法・輪郭を比較することにより、レジ
スト層および下地層および反射防止膜を含む被露光基板
の各層の層構造および膜厚等を設定する工程とからなる
ことを特徴とする被露光基板の設計方法。
【請求項７】請求項６に記載の被露光基板の設計方法に
おいて、１個の開口パターンにより照射される領域が２
種類以上の基板構造にまたがる場合に、各基板構造上の
パターン寸法・輪郭を比較する工程と、パターン寸法と
層構造・膜厚との相関の計算結果のテーブルから、各基
板構造上のパターン寸法・輪郭が所望の寸法・輪郭とな
るように被露光基板の層構造および膜厚等を設定する工
程とからなることを特徴とする被露光基板の設計方法。
【請求項８】請求項６または請求項７に記載の被露光基
板の設計方法により設計された被露光基板および半導体
デバイス。
【請求項９】請求項１に記載のシミュレーション方法に
より、光リソグラフィ技術により形成されるレジストパ
ターン寸法・輪郭を、レジスト膜厚および下地層および
反射防止膜等の影響を考慮して計算する工程と、パター
ン寸法と層構造・膜厚・開口マスク形状との相関の計算
結果のテーブルをもとにして、所望のレジストパターン
寸法・輪郭が得られるように、マスク開口パターン形状
を変形させて設計する工程とからなることを特徴とする
マスクパターンの設計方法。
【請求項１０】請求項９に記載のマスクパターン設計方
法において、１個の開口パターンが転写される領域が２
種類以上の基板構造にまたがる場合に、各基板上のパタ
ーン寸法を比較する工程と、パターン寸法と層構造・膜
厚・開口マスク形状との相関の計算結果のテーブルをも
とにして、所望のパターン寸法・輪郭が得られるように
マスク開口パターン形状を変形させる工程とからなるこ
とを特徴とするマスクパターン設計方法。
【請求項１１】請求項９または請求項１０に記載のマス
クパターンの設計方法により設計されたマスク。