JP2019511748A - 光強度調整方法 - Google Patents

Abstract

マスク（１０１）を用いて実施される光強度調整方法は、以下のステップを含む。１）照明系（１０２）の錯乱円（ＣｏＣ）関数、照明視野（ＦＯＶ）の初期光強度分布及び照明ＦＯＶの目標光強度分布に基づいて、初期光強度分布を目標光強度分布に調整するためのマスク（１０１）の透過率分布を計算し、２）目標光強度分布の所望の精度に応じてマスク（１０１）をメッシュ構造にし、マスク（１０１）の透過率分布と該透過率分布の所望の精度に基づくメッシュ構造によりもたらされる各セルの不透明ドットの分布を決定し、３）不透明ドットの決定された分布に基づいてマスク（１０１）を製造し、照明系に該マスク（１０１）を設置する。高い調整精度、広いＦＯＶサイズへの適用性、光強度及び波長範囲及び確立された製造プロセスとの適合性を含む利点を達成することができる。
【選択図】図３

Description

本発明は、照明視野（ＦＯＶ）における光強度の分布を調整するための、照明系に用いられる光強度調整方法に関する。

フォトリソグラフィは、基板上にマスクパターンを露光して描画する技術であり、半導体デバイスの製造において重要な役割を果たしている。半導体デバイスの製造においては、所望のサイズ及び光強度の均一性を有する照明視野（ＦＯＶ）を備えるフォトリソグラフィーツールにイメージングシステムを設けることが必要である。現在、このような所望の光強度均一性は、イメージングシステムの設計に採用されているオプティカルインテグレータロッド又はマイクロレンズのような光ホモジナイザを備えた光学系によって実現される。この光学系は、対物面上に均一な照明ＦＯＶを形成することを可能にする。

照明系の設計では、照明ＦＯＶ内の所望の光強度分布の要件を満たさなければならない。しかしながら、制御不能な要因のため、レンズ加工、コーティング及び機械的取付けの後続のプロセスに誤差が入る可能性がある。結果として、実際の最終的な光強度分布は、それが意図されているものから多かれ少なかれずれる可能性がある。この場合、実際の光強度分布を調整して、照明ＦＯＶのずれを補償し、精度を高めるために、いくつかの効果的な措置を講じる必要がある。

さらに、照明系が完成した後、それをより多くの用途での使用に適したものにするために照明ＦＯＶを調整することも必要とされる。照明ＦＯＶの調整は、本質的にその光強度分布の調整、例えば、方向、均一性の調整などである。さらに、フォトリソグラフィ技術の継続的な発展に伴って、光強度分布の製造後の調整に対する要求が高まっている。従って、照明系の照明ＦＯＶがより広い適用範囲を有することができるように、照明ＦＯＶの光強度分布を調整するための信頼性の高い正確な方法が必要とされている。

従来技術では、光強度分布を調整するための２つの利用可能な解決策がある。図１は、個々の遮光板１０のアセンブリを照明系の光路上に配置することによって、一方向の光透過調整を可能にする解決策の１つを示す。遮光板１０には、不透明なスポット１１が設けられている。遮光板１０上の不透明なスポット１１は、光強度調整の範囲と透過率を調整するために、異なる方法で組み合わせたり、重ね合わせたりすることができる。しかし、この技術は、透過率の調整しかできず、調整可能なＦＯＶサイズが狭く、調整精度が低く、構造的複雑性が高いなどの多くの欠点を有する。他の従来の解決策は、透明基板の異なる領域に異なる透過率を有するフィルムをコーティング（例えば、めっき）することによって構成されたフィルタを用いる。このように、フィルムで被覆された領域も異なる透過率を有し、光強度調整を可能にする。この技術もまた、精度が低く、異なる波長を有する光の強度調整に異なるフィルムコーティング設計が要求され、コストが高く、製造の複雑さが高いなどのいくつかの欠点を有する。さらに、上記２つの従来技術はいずれも、限定された波長範囲に適用可能である。

要約すると、従来の技術は、調整精度が低く、調整のＦＯＶサイズが小さく、光強度調整範囲が狭く、適用可能な波長範囲が小さく、製造の複雑さが高いなどの欠点に関連している。

本発明が解決しようとする課題は、正確で、広いＦＯＶサイズ、光強度及び波長範囲に適用可能であり、確立された製造プロセスに適合する光強度調整方法を提供することである。

上記目的を達成するために、本発明は、以下の技術的解決策を採用する。
マスクを用いて実施される光強度調整方法であって、
１）照明系の錯乱円（ＣｏＣ）関数、照明視野（ＦＯＶ）の初期光強度分布及び照明ＦＯＶの目標光強度分布に基づいて、初期光強度分布を目標光強度分布に調整するための前記マスクの透過率分布を計算し、
２）前記目標光強度分布の所望の精度に応じて前記マスクをメッシュ構造にし、前記マスクの前記透過率分布と該透過率分布の所望の精度に基づくメッシュ構造によりもたらされる各セルの不透明ドットの分布を決定し、
３）前記不透明ドットの決定された分布に基づいて前記マスクを製造し、前記照明系に該マスクを設置する。

好ましくは、ステップ１）において、前記マスクの前記透過率分布は、以下の式に応じたデコンボリューションによって導出される。
（Ｋ＊Ｎ）×Ｆｕｎ＝Ｍ
ここで、
Ｋは前記初期光強度分布を示し、
Ｍは前記目標光強度分布を示し、
Ｎは前記マスクの前記透過率分布を示し、
Ｆｕｎは、前記ＣｏＣ関数を示し、
＊は乗算演算を示し、
×は畳み込み演算を示す。
前記ＣｏＣ関数は、以下である。
ここで、
Ｒは前記マスク上の対応する１つの前記不透明ドットによって前記照明ＦＯＶ内に形成される光スポットの半径を示し、
ｘ及びｙは前記照明ＦＯＶ内のある点の座標を示し、
Ｌは前記マスクと前記照明ＦＯＶとの距離を示し、
θは前記照明系の発散角を示す。

好ましくは、ステップ２）における前記目標光強度分布の所望の精度に応じて前記マスクをメッシュ構造にすることは、
前記マスクを最初にメッシュ構造にし、
隣接するセル間の光強度勾配のうち補間後の最大値が前記目標光強度分布の所望の精度よりも小さくなるように補間する。

好ましくは、ステップ２）において、前記マスクの前記透過率分布と該透過率分布の所望の精度とに基づいて、各メッシュの前記不透明ドットの分布を決定することは、
前記セルの対応する１つの面積に対する前記不透明ドットの面積の比が前記目標光強度分布の所望の精度より大きくないという基準に基づいて、前記不透明ドットの面積を計算し、
前記マスクの前記透過率分布と前記不透明ドットの面積とに基づいて、前記セルの対応する１つにおいて、前記不透明ドットの数及び前記不透明ドットのピッチを適合させることによって決定する。

好ましくは、前記不透明ドットは、クロムドットとして実装される。

好ましくは、ステップ３において、前記マスクは、マスク製造プロセスを用いて製造される。

好ましくは、前記マスクは、溶融シリカから形成される。

従来技術と比較して、本発明よれば、
照明ＦＯＶの実際の光強度分布と照明ＦＯＶの目標光強度分布とに基づいて、マスクの所望の透過率分布を計算して、光強度分布調整を達成し；目標光強度分布の所望の精度に基づいて、マスクの透過率分布の精度値を計算するため、マスクの不透明ドットの分布が得られ；マスク製造プロセスによって製造されたマスクは、高い調整精度、広いＦＯＶサイズへの適用性、光強度及び波長範囲及び確立された製造プロセスとの適合性の利点を有する。

従来の遮光板の上面図を示す。 本発明の実施形態にかかる照明ＦＯＶにおける実際の光強度分布を概略的に示す。 本発明の実施形態にかかる光強度調整方法の原理を概略的に示す。 本発明の実施形態にかかる錯乱円（ＣｏＣ）関数のシミュレーションを示す。 本発明の実施形態にかかるマスクを用いて調整された光強度分布を概略的に示す。

これらの図において、１０は遮光板、１１は不透明スポット、１０１はマスク、１０２は照明ＦＯＶ、Ａはクロムドット、Ａ’は錯乱スポットの円、Ｂはクロムスポット、Ｂ’は錯乱ドットの円、Ｌはマスクと照明ＦＯＶとの間の距離、θは照明系の発散角である。

本発明を添付の図面を参照してより詳細に説明する。

図２は、従来の照明系の照明ＦＯＶにおける実際の光強度分布を示す。図示のように、光強度分布は均一性と精度の面で劣る。本発明は、調整によってこのような光強度分布を生成する方法を提供する。

具体的には、本発明の光強度調整方法は以下の工程を含む。

ステップ１では、照明系の錯乱円（ＣｏＣ）関数、照明ＦＯＶ１０２の初期光強度分布及び目標光強度分布に基づいて、マスク１０１の所望の透過率分布を計算する。マスク１０１は、溶融シリカ、好ましくはＳＥＭＩ（Semiconductor Equipment and Materials International）Ｐ１−１１０１の規格に準拠した、非常に低い熱膨張係数の溶融シリカから形成することができる。

図３を参照して、マスク１０１上のクロムドットＡ及びクロムスポットＢを例として、本発明の光強度調整方法を以下に説明する。図３では、クロムドットＡとクロムスポットＢはいずれも円形である。

照明系から放射された光は、マスク１０１の上面に入射し、マスク１０１を透過し、マスクの下に照明ＦＯＶ１０２を形成する。照明系からの光は円錐状に進むため、クロムドットＡを透過した後、ＣｏＣ効果により途中で発散し、照明ＦＯＶ１０２内で一定の直径を有する錯乱スポットＡ’の円を形成する。一方、クロムスポットＢを透過した光は、ＣｏＣ効果により途中で収束し、照明ＦＯＶ１０２に錯乱スポットＢ’の円を形成する。従って、マスク１０１の透過率分布 は、照明系の発散角θとマスク１０１と照明ＦＯＶ１０２との間の距離Ｌに基づくデコンボリューションから導出され得る。
（Ｋ＊Ｎ）×Ｆｕｎ＝Ｍ
ここで、
Ｋは初期光強度分布を示し、
Ｍは目標光強度分布を示し、
Ｎはマスク１０１の透過率分布を示し、
Ｆｕｎは、ＣｏＣ関数を示し、
＊は乗算演算を示しているため、Ｋ＊Ｎは初期光強度分布Ｋの値とレチクル１０１の透過率分布Ｎの値との積であり、
×は畳み込み演算を示す。

具体的には、ＣｏＣ関数は、以下である。
ここで、
Ｒはマスク１０１上のクロムドットによって照明ＦＯＶ１０２内に形成される光スポットの半径を示し、
ｘ及びｙは照明ＦＯＶ１０２内の任意の点に由来する座標系におけるある点の座標を示し、
Ｌはマスク１０１と照明ＦＯＶ１０２との距離を示し、
θは照明系の発散角を示す。

上記の式において、照明ＦＯＶ１０２の初期光強度分布Ｋは、照明系の光路内で測定することができる。照明ＦＯＶ１０２の目標光強度分布であるＭは、達成しようとする光強度分布であり、マスク１０１の透過率分布であるＮは、初期光強度分布を目標光強度分布に調整するための式中の唯一の未知数である。このように、マスク１０１の透過率分布は、上記式の唯一の解として計算することができる。

この手法では、照明ＦＯＶ１０２の初期及び目標光強度分布の比較分析に基づいて、マスク１０１の所望の透過率分布をＣｏＣ関数を用いて計算することができる。このようにして、初期光強度分布の調整は、クロムドットの半径又は数を変更することによって、ＣｏＣ原理に従ってマスクの光透過率を調整することによって達成することができる。その結果、光強度分布の調整精度を向上させることができ、調整された光強度分布をより均一かつより正確にすることができる。これは、光透過特性と不透明特性との区別がより細かくなり、実際には０．２％までの調整精度が実現され、光強度調整範囲が拡大される。また、調整は光の波長に厳密な制約を受けないため、この技術は１〜１９３ｎｍの波長の光に対しても適用可能である。従って、より多くの用途に用いることができる。さらに、マスク１０１構造の使用は、より大きなＦＯＶサイズに調整技術を適用することを可能にする。実際には、１５０ｍｍ×１５０ｍｍまでの照明ＦＯＶサイズの光強度調整が達成されている。

ステップ２では、目標光強度分布の所望の精度に基づいてマスク１０１をメッシュ構造にする。具体的には、まずマスク１０１を最初にメッシュ構造にし、隣接セル間の光強度勾配のうち最大値が目標光強度分布の所望の精度よりも小さくなるように補間する。その後、マスク１０１の透過率分布と透過率分布に対する所望の精度とに基づいて、各セルにおける不透明ドット（すなわち、クロムドット）の分布が決定される。具体的には、各セルについて、対応するセルの面積に対する不透明ドットの面積の比が目標光強度分布の所望の精度より大きくないという基準に基づいて、不透明ドットの面積（すなわち、セル内の全ての不透明ドットの総面積）が計算され、マスク１０１の透過率分布と不透明ドットの面積とに基づいてフィッティングすることにより、不透明ドットの数及び隣接する不透明ドットのピッチが決定される。この実施形態では、各セル内の不透明ドットは同じ半径を有し、従って同じ面積を有する。

この手法では、まず目標光強度分布の精度に基づいて、マスク１０１の透過率分布の精度が決定され、次に、別の計算を実行され、マスク１０１上の不透明ドットの分布、すなわち、光強度分布が調整される領域におけるメッシュの数及び各メッシュにおける不透明ドットの面積が決定される。このように、本発明の光強度調整方法によれば、光強度分布をより高精度に調整し、高精度、高信頼性を確保することができ、この方法が照明ＦＯＶ１０２における光強度分布の高精度で高均一な調整を達成することを可能にする。

好ましくは、不透明ドットはクロムドットとして実装される。マスク１０１上の不透明ドットの分布は、透過率に対応する各セル内のクロムドットの数を含む。

金属クロムは不透明であり、既存のクロムメッキプロセスは最小半径５μｍのクロムドットを製造することができる。従って、マスクの所望の透過率をもたらすために、マスク１０１上に不透明ドットを作成することができる。このようにして、透過率分布の精度、ひいてはマスク１０１による光強度分布調整の精度を向上させることができる。その結果、本発明の光強度調整方法によって調整すると、照明ＦＯＶ１０２における光強度分布の均一性及び精度が向上する。

ステップ３では、ステップ２で決定された不透明ドットの分布をオートＣＡＤなどの描画ソフトウェアを用いて描画し、マスク１０１をマスク製造プロセスを用いて描画に基づいて加工する。その後、マスク１０１は照明系内に配置される。図５は、マスク１０１を用いて調整された光強度分布を示している。図５から分かるように、本発明の光強度調整方法による調整は、照明ＦＯＶ１０２における光強度分布の均一性及び調整精度を大幅に向上させることができる。

従来のマスク製造プロセスは確立された技術であり、第１の従来の解決策で用いられた遮光板及び第２の従来の解決策で用いられたフィルムコーティング技術と比較して成熟度及び効率が改善される。従って、本発明の光強度調整方法は、実装が容易であるという利点がある。

要約すると、本発明によれば、照明ＦＯＶ１０２の初期光強度分布と照明ＦＯＶ１０２の目標光強度分布とに基づいて、マスク１０１の所望の透過率分布を計算し、光強度分布調整が達成される。目標光強度分布の所望の精度から、マスク１０１の透過率分布の精度値、従ってマスク１０１の不透明なドット分布が得られる。マスク製造プロセスを用いるマスク１０１の製造は、高い調整精度、広いＦＯＶサイズへの適用性、光強度及び波長範囲及び確立された製造プロセスとの適合性の利点を有する。

Claims (7)

1. マスクを用いて実施される光強度調整方法であって、
   １）照明系の錯乱円（ＣｏＣ）関数、照明視野（ＦＯＶ）の初期光強度分布及び照明ＦＯＶの目標光強度分布に基づいて、初期光強度分布を目標光強度分布に調整するための前記マスクの透過率分布を計算し、
   ２）前記目標光強度分布の所望の精度に応じて前記マスクをメッシュ構造にし、前記マスクの前記透過率分布と該透過率分布の所望の精度に基づくメッシュ構造によりもたらされる各セルの不透明ドットの分布を決定し、
   ３）前記不透明ドットの決定された分布に基づいて前記マスクを製造し、前記照明系に該マスクを設置する。
2. 請求項１に記載の光強度調整方法であって、
   ステップ１）において、前記マスクの前記透過率分布は、以下の式に応じたデコンボリューションによって導出される。
   （Ｋ＊Ｎ）×Ｆｕｎ＝Ｍ
   ここで、
   Ｋは前記初期光強度分布を示し、
   Ｍは前記目標光強度分布を示し、
   Ｎは前記マスクの前記透過率分布を示し、
   Ｆｕｎは、前記ＣｏＣ関数を示し、
   ＊は乗算演算を示し、
   ×は畳み込み演算を示す。
   前記ＣｏＣ関数は、以下である。
   ここで、
   Ｒは前記マスク上の対応する１つの前記不透明ドットによって前記照明ＦＯＶ内に形成される光スポットの半径を示し、
   ｘ及びｙは前記照明ＦＯＶ内のある点の座標を示し、
   Ｌは前記マスクと前記照明ＦＯＶとの距離を示し、
   θは前記照明系の発散角を示す。
3. 請求項１に記載の光強度調整方法であって、
   ステップ２）における前記目標光強度分布の所望の精度に応じて前記マスクをメッシュ構造にすることは、
   前記マスクを最初にメッシュ構造にし、
   隣接するセル間の光強度勾配のうち補間後の最大値が前記目標光強度分布の所望の精度よりも小さくなるように補間する。
4. 請求項１に記載の光強度調整方法であって、
   ステップ２）において、前記マスクの前記透過率分布と該透過率分布の所望の精度とに基づいて、各セルの前記不透明ドットの分布を決定することは、
   前記セルの対応する１つの面積に対する前記不透明ドットの面積の比が前記目標光強度分布の所望の精度より大きくないという基準に基づいて、前記不透明ドットの面積を計算し、
   前記マスクの前記透過率分布と前記不透明ドットの面積とに基づいて、前記セルの対応する１つにおいて、前記不透明ドットの数及び前記不透明ドットのピッチを適合させることによって決定する。
5. 請求項１に記載の光強度調整方法であって、
   前記不透明ドットは、クロムドットとして実装される。
6. 請求項１に記載の光強度調整方法であって、
   ステップ３において、前記マスクは、マスク製造プロセスを用いて製造される。
7. 請求項１に記載の光強度調整方法であって、
   前記マスクは、溶融シリカから形成される。