JP4484909B2 - 原版データ作成方法、原版作成方法、露光方法および原版データ作成プログラム - Google Patents

Description

本発明は、原版データ作成方法、原版作成方法、露光方法および原版データ作成プログラムに関する。

ＩＣ、ＬＳＩなどの半導体デバイスの製造プロセスにおいては、露光装置が使用されている。露光装置は、原版（マスクやレチクルとも言う）を照明装置で照明し、その原版に描画された回路パターンを投影光学系に介して基板（ウェハ等）に露光する。

近年、半導体デバイスの製造コストを低減するために、製造プロセスの簡素化や露光装置の性能の向上が求められている。

露光装置においては、どの程度微細なパターンが基板上に形成できるかを表す解像度や、一定時間内に露光処理が可能な基板の枚数で表されるスループットが、その装置の性能を示す指標となっている。

スループットを向上させるには、基板を保持するステージの駆動を高速化したり、基板を露光する際の露光量（基板面における光強度）を大きくしたりする方法がある。

一方、解像度を向上させる方法として、投影光学系の開口数（ＮＡ）を大きくする方法、露光波長λを小さくする方法、及びｋ１ファクタを小さくする方法が知られている。

例えば、原版のパターンを変形したり、パターンの配置を工夫したりすることで解像度を向上させる方法がある。代表的な技術は、転写すべきコンタクトホールパターンが描画された原版に、解像しない大きさの補助パターンを挿入する方法である。この方法は、ｋ１ファクタを小さくする方法の１つである。

特許文献１では、どのように補助パターンを挿入すべきかを数値計算で導出する方法が示されている。これらの技術によれば、近似的な像面強度（振幅）の分布を数値計算で求め、近似的な像面強度（振幅）の分布を示すＩｎｔｅｒｆｅｒｅｎｃｅ ｍａｐ（以下、干渉マップと呼ぶ）を導出している。そして、干渉マップを用いて、転写すべきパターンの周辺に補助パターンを配置する方法について提案している。
特開２００４−２２１５９４号公報

特許文献１では、焦点深度を向上させる補助パターン配置方法や、露光裕度を向上させる補助パターン配置方法に関して言及があるが、さらにスループットも向上させることに着目した方法は提案されていない。

そこで、本発明は、解像度およびスループットを向上させることができる原版のデータを作成する方法、プログラム、および、その原版を用いた露光方法を提供することを目的とする。

本発明の第１の側面としての原版データの作成方法およびプログラムは、照明光が投影光学系の瞳面に形成する光の強度分布を表す関数と投影光学系の瞳関数とに基づいて２次元相互透過係数を求めるステップと、２次元相互透過係数と投影光学系の物体面におけるパターンに基づいて、投影光学系の像面における空中像を空中像の複数成分のうち少なくとも１つの成分で近似した、近似空中像を算出する算出ステップと、近似空中像に基づいて、物体面におけるパターンに補助パターンを加えたパターンを作成する作成ステップとを有し、作成ステップにおいて作成されたパターンを物体面におけるパターンに置き換えて算出ステップおよび作成ステップを繰り返し実行し、該繰り返し実行により作成されたパターンを含む原版のデータを作成することを特徴とする。

本発明によれば、原版のパターンを基板に露光する際のスループットを向上させることができる。

本実施形態で開示する概念は、数学的にモデル化することができる。そのため、コンピュータ・システムのソフトウェア機能として実装可能である。ここで、コンピュータ・システムのソフトウェア機能は、実行可能なコードを含んだプログラミングを含み、原版であるマスクのパターンを決定し、原版データを作成することができる。ソフトウェア・コードは、１つまたは複数のモジュールとして、少なくとも１つの機械可読媒体やメモリなどの記録媒体で保持可能である。以下に述べる発明は、上述のコードという形式で記述され、１つまたは複数のソフトウェア製品として機能させることができる。

次に、本発明の実施形態に係る原版データ作成プログラムを実行するためのコンピュータの構成を、図１を用いて説明する。

コンピュータ１は、バス配線１０、制御部２０、表示部３０、記憶部４０、入力部６０及び媒体インターフェース７０を備える。

制御部２０、表示部３０、記憶部４０、入力部６０及び媒体インターフェース７０は、バス配線１０を介して相互に接続されている。媒体インターフェース７０は、記録媒体８０を接続可能に構成されている。

記憶部４０には、パターンデータ４０ａ、干渉マップ４０ｂ、近似空中像４０ｃ、原版（マスクまたはレチクル）のデータ４０ｄ、有効光源情報４０ｅ、ＮＡ情報４０ｆ、λ情報４０ｇが記憶されている。また、収差情報４０ｈ、偏光情報４０ｉ、レジスト情報４０ｊ及び原版データ作成プログラム４０ｋも記憶されている。パターンデータ４０ａは、投影光学系のマスク面（物体面）に配置されるパターンの情報であり、後述の干渉マップ、もしくは、近似空中像を計算するために必要である。パターンデータ４０ａは、集積回路などの設計においてレイアウト設計されたパターン（以下、レイアウトパターン）のデータそのものでもよいし、そのパターンに補助パターンを付加したのものでもよい。

近似空中像４０ｃは、後述のように、ウェハ平面における近似的な空中像の分布を示したものである。原版のデータ４０ｄは、マスクにＣｒ等のパターンが描画されるためのデータである。有効光源情報４０ｅは、後述の露光装置１００の投影光学系の瞳面１４２に形成される光の強度分布に関する情報である（図９参照）。また、有効光源は、マスク面に入射する光束の角度分布でもある。ＮＡ情報４０ｆは、投影光学系１４０の像側開口数ＮＡに関する情報である。λ情報４０ｇは、露光装置１００の露光光の波長λに関する情報である。収差情報４０ｈは、投影光学系１４０の収差に関する情報である。投影光学系１４０に複屈折がある場合、複屈折に応じて位相ずれが生じるが、この位相ずれも収差の一種として考えることができる。偏光情報４０ｉは、露光装置１００の照明装置１１０で形成する照明光の偏光に関する情報である。レジスト情報４０ｊは、ウェハに塗布されるレジストに関する情報である。干渉マップ４０ｂは、特許文献１に記載されている干渉マップである。原版データ作成プログラム４０ｋは、原版のパターン等のデータを作成するためのプログラムである。

制御部２０は、ＣＰＵ，ＧＰＵ，ＤＳＰまたはマイコンなどであり、一時記憶のためのキャッシュメモリをさらに含む。表示部３０は、ＣＲＴディスプレイや液晶ディスプレイなどの表示デバイスである。記憶部４０は、メモリやハードディスクなどである。入力部６０はキーボードやマウスなどである。媒体インターフェース７０は、例えば、フロッピー（登録商標）ディスクドライブ、ＣＤ−ＲＯＭドライブやＵＳＢインターフェースなどである。記録媒体８０は、フロッピー（登録商標）ディスク、ＣＤ−ＲＯＭやＵＳＢメモリなどである。

次に、干渉マップまたは近似空中像を用いて補助パターンを配置し、原版のパターンを作成する方法について説明する。なお、マスク面上の大きさとウェハ面上の大きさは投影光学系の倍率分だけ異なるが、以下では話を簡単にするため、暗にマスク面上の大きさに倍率をかけて、ウェハ面上の大きさと１：１で対応させる。そのため、マスク面の座標系とウェハ面の座標系も１：１で対応する。

干渉マップは、特許文献１に記載のとおり、後述の相互透過係数（Ｔｒａｎｓｍｉｓｓｉｏｎ Ｃｒｏｓｓ Ｃｏｅｆｆｉｅｎｔ；ＴＣＣ）の固有関数と固有値から導出可能である（固有値分解法）。すなわち、第ｉ番目の固有関数をΦ_ｉ（ｘ、ｙ）、第ｉ番目の固有値をλ_ｉとすれば、干渉マップｅ（ｘ，ｙ）は数式１で表すことができる。

ただし、ＦＴはフーリエ変換を表し、ａ（ｆ，ｇ）はマスク面のパターンからの回折光分布を表す。関数で表現すると、マスク面のパターンを表す関数（マスク関数）のフーリエ変換となる。通常、Ｎ’は１である。

ここで、干渉マップが示す値について説明する。光学系の物体面（マスク面）にあるパターンＡに対して干渉マップを求めると、その干渉マップの各位置における値は、その各位置からの光と、パターンＡからの光とが干渉する度合いを示す。その値が高いほど、パターンＡからの光と強め合い、パターンＡの解像度を向上させる効果がある。例えば、干渉マップが示す値が０の位置からの光は、パターンＡからの回折光と全く干渉しないことを示す。

次に、近似空中像の導出方法について説明する。半導体露光装置におけるマスクパターンとウェハパターン（マスクパターンの像）の関係は、部分コヒーレント結像の関係にある。部分コヒーレント結像は、ＴＣＣを用いて計算することができる。

まず、ＴＣＣについて説明する。一般的にＴＣＣは投影光学系の瞳面で定義され、有効光源、投影光学系の瞳関数、そして、投影光学系の瞳関数の複素共役の重なり部分である。瞳面の座標を（ｆ，ｇ）とする。有効光源を表現する関数をＳ（ｆ，ｇ）、瞳関数をＰ（ｆ，ｇ）とすれば、ＴＣＣは、

と表すことができる。ただし、＊は複素共役を表し、積分範囲は−∞から∞までである。投影光学系の収差、照明光の偏光およびレジスト情報などは瞳関数Ｐ（ｆ，ｇ）に組み込むことができるので、本明細書で単に瞳関数と記述した場合に偏光、収差およびレジスト情報を含む場合がある。

ＴＣＣを用いて空中像Ｉ（ｘ，ｙ）を求めるには、物体面にあるパターンの回折光分布を表す関数（物体面のパターンをフーリエ変換した関数）をａ（ｆ，ｇ）として、

のように４重積分すればよい。

数式３の計算をコンピュータを用いて行う場合は、

のようにデータを離散化すればよい。ただし、変数の上につけたハットはコンピュータ計算のために離散化された変数を表す。以下では簡略化のため、ハットをつけなくても変数が離散化されているとする。

数式４では、フーリエ変換の形式に似た項があり、単純な足し算を繰り返しているだけである。そこで、数式４を変形して、数式５のようにフーリエ変換と足し算ループを組み合わせる。

ただし、Ｆ^−１は逆フーリエ変換を表す。Ｗ_{ｆ’，ｇ’}（ｆ’’，ｇ’’）は、ある固定の（ｆ’，ｇ’）に対して、

で定義される。（ｆ’，ｇ’）が固定なのでＷ_{ｆ’，ｇ’}（ｆ’’，ｇ’’）は２次元関数で、本明細書では２次元相互透過係数と呼ぶ。２次元相互透過係数Ｗ_{ｆ’，ｇ’}（ｆ’’，ｇ’’）は足し算のループで（ｆ’，ｇ’）の値が変るたびに計算しなおされる。数式５では、数式２のように４次元関数であったＴＣＣは必要なく、２重ループだけの計算でよい。

数式５を書き換えると、

ただし、

である。

本明細書では、数式７、８に示すような空中像計算方法を空中像分解法と呼び、座標（ｆ’，ｇ’）ごとに定義されるＹ_{ｆ’，ｇ’}（ｘ，ｙ）を空中像の成分を表現する関数（空中像成分）と呼ぶ。

ここで、（ｆ’，ｇ’）の組み合わせの数を全部でＭ通りとし、Ｍ’はＭ以下の整数であるとする。さらに、ｍは（ｆ’，ｇ’）の組み合わせを表し、ｍ＝１の場合、ｆ’＝ｇ’＝０とする。この条件下で、Ｍ個のある空中像の複数成分からｍ＝１〜Ｍ´までの成分で近似した空中像（近似空中像、もしくは、近似空中像を表現する関数）を数式９のように定義する。

もし、Ｍ’＝１の場合、近似空中像はＹ_０，０（ｘ，ｙ）を表す。Ｍ’＝Ｍのときは数式５に対応し、完全な空中像を得ることができる。

Ｗ_{ｆ’，ｇ’}（ｆ’’，ｇ’’）は、数式５からわかるとおり、マスクの回折光分布（スペクトル分布）に重みをつける。もし、（ｆ’，ｇ’）＝（０，０）ならば、投影光学系の瞳関数と有効光源が重なるためＷ_０，０（ｆ’’，ｇ’’）が全ての２次元相互透過係数の中で一番大きな影響を持つことは明らかである。そのため、数式９でＭ’＝１の場合は特に重要な近似空中像が得られる。

空中像の物理的意味について詳しく説明する。コヒーレント結像では、点像分布関数（点像の強度分布を表す関数）を決定することができる。点像分布関数が正の位置を開口部、負の位置を遮光部（もしくは、位相が１８０度の開口部）にすればフレネルレンズと同様の作用を有するパターンを作成することができる。こうして作成したパターンをマスクにしてコヒーレント照明すれば、孤立コンタクトホールを露光することができる。

フレネルレンズは、点像分布関数に基づいてコヒーレント照明時に定義できる。しかし、部分コヒーレント時は、点像分布関数を求めることはできない。これは、部分コヒーレント結像では像面振幅を求めることができないからである。

まず、点像分布関数は、周波数応答特性（Ｍｏｄｕｌａｔｉｏｎ Ｔｒａｎｓｆｅｒ Ｆｕｎｃｔｉｏｎ）のフーリエ変換で与えられる。コヒーレント照明時の周波数応答特性は、瞳関数と有効光源の畳み込み積分で与えられ、瞳関数そのものになる。また、インコヒーレント照明時の周波数応答特性は瞳関数の自己相関で与えられることはよく知られた事実である。インコヒーレント照明は露光装置においてσ＝１の照明とみなすと、インコヒーレント照明時も、周波数応答特性は瞳関数の有効光源で与えられる。

そこで、部分コヒーレント照明時の周波数応答特性は、瞳関数と有効光源の畳み込み積分で与えられると近似する。すなわち、Ｗ_０，０（ｆ’’，ｇ’’）が周波数応答特性であると近似する。よって、部分コヒーレント照明時の点像分布関数を得るには、Ｗ_０，０（ｆ’’，ｇ’’）をフーリエ変換すればよい。こうして求めた点像分布関数に応じてマスクの開口部と遮光部を決定すれば、フレネルレンズと同じ効果で孤立コンタクトホールを露光することができる。

任意のマスクパターンについて結像特性を向上させるには、点像分布関数とマスク関数を畳み込み積分し、得られた結果に基づいてマスパターンを決定すればよい。ここで、数式１４をよく見ると、回折光とＷ_０，０（ｆ’’，ｇ’’）の積をフーリエ変換したものがＹ_０，０（ｘ，ｙ）になっていることがわかる。回折光はマスク関数のフーリエ変換で、Ｗ_０，０（ｆ’’，ｇ’’）は点像分布関数のフーリエ変換である。その結果、公式より、Ｙ_０，０（ｘ，ｙ）はマスク関数と点像分布関数の畳み込み積分となっている。

以上より、本実施形態に従い近似空中像Ｙ_０，０（ｘ，ｙ）を導出するということは、部分コヒーレント結像時における点像分布関数とマスク関数の畳み込み積分を求めることと同意である。

Ｗ_０，０（ｆ’’，ｇ’’）は部分コヒーレント照明時の周波数応答特性を近似していることは述べた。Ｗ_０，０（ｆ’’，ｇ’’）以外のＷ_{ｆ’，ｇ’}（ｆ’’，ｇ’’）は、部分コヒーレント照明時の周波数応答特性を近似する際に省略した周波数応答特性であるといえる。そのため、Ｙ_０，０（ｘ，ｙ）以外のＹ_{ｆ’，ｇ’}（ｘ，ｙ）は、部分コヒーレント照明時の点像分布関数とマスクパターンの畳み込み積分をする際に省略された成分であるといえる。それゆえ、数式１３でＭ’を１以上にすると近似の精度が向上する。

ここで、近似空中像が示す値について説明する。物体面（マスク面）のパターンＢに対して近似空中像を求めると、その近似空中像の各位置における値は、その各位置からの光と、パターンＢからの光とが干渉して強め合う度合いを示す。つまり、パターンＡの解像度を向上させる効果があり、前述の干渉マップと同様である。

したがって、近似空中像または干渉マップを用いて、マスク面におけるパターンつまり、マスクのパターンを決定する際には、近似空中像または干渉マップの値がピーク（極値）となる位置にパターンを設けることになる。そこで、近似空中像または干渉マップの最大値を示す位置には主パターンＳＰを配置し、それ以外のピークの位置には、解像しない補助パターンＨＰを配置するのがよい。そのように配置したパターンのデータを原版のデータとしてマスクを作成すれば、補助パターンによる回折光が主パターンによる回折光に作用して、目標パターンを精度良く形成することができる。

次に、原版のデータを作成する原版データ作成プログラムにおける処理の流れを、図２のフローチャートを用いて説明する。

ステップＳ２０１では、露光装置の各種データの初期値を設定する。具体的には、コンピュータ１の制御部２０がパターンデータ４０ａ、有効光源情報４０ｅ、ＮＡ情報４０ｆ、λ情報４０ｇ、収差情報４０ｈ、偏光情報４０ｉ、およびレジスト情報４０ｊを決定する。

入力部６０には、利用者により、あらかじめ、パターンデータ４０ａ（例えば図４（ｂ））、有効光源４０ｅ（例えば図４（ａ））、λ情報４０ｇ（例えば２４８ｎｍ）、偏光情報４０ｉ（例えば無偏光）が入力される。また、レジスト情報４０ｊ（例えば、考慮しない）、ＮＡ情報４０ｆ（例えば０．７３）および収差情報４０ｈ（例えば無収差）も入力される。制御部２０は、入力部６０からの情報を受け取り、記憶部４０に記憶させる。ここで、パターンデータ４０ａ、有効光源４０ｅ、λ情報４０ｇ、偏光情報４０ｉ、レジスト情報４０ｊ、ＮＡ情報４０ｆおよび収差情報４０ｈをあわせて干渉マップ４０ｂまたは近似空中像４０ｃの計算用情報とする。

原版データ作成プログラム４０ｋが記録された記録媒体８０は、媒体インターフェース７０に接続されている。そのため、原版データ作成プログラム４０ｋはインストールされる際に制御部２０を介して記憶部４０に記憶される。

入力部６０には、利用者により、原版データ作成プログラム４０ｋの起動命令が入力される。制御部２０は、原版データ作成プログラム４０ｋの起動命令を受け取り、その起動命令に基づいて記憶部４０を参照し、原版データ作成プログラム４０ｋを起動する。制御部２０は、原版データ作成プログラム４０ｋに従い、干渉マップ４０ｂまたは近似空中像４０ｃの計算用情報を表示部３０に表示させる。制御部２０は、命令に基づいて、干渉マップ４０ｂまたは近似空中像４０ｃの計算用情報を決定し、決定した計算用情報を保持する。

ステップ２０２では、演算子ｉに初期値として１を代入する。ここで、ｉには１以上の自然数が代入されうる。

ステップＳ２０３では、コンピュータ１の制御部２０が干渉マップ４０ｂまたは近似空中像４０ｃを生成する。入力部６０には、利用者により、干渉マップ４０ｂまたは近似空中像４０ｃの計算命令が入力される。制御部２０は、干渉マップ４０ｂまたは近似空中像４０ｃの計算命令を受け取り、その計算命令に基づいて記憶部４０を参照する。制御部２０は、計算用情報を記憶部４０から受け取る。制御部２０は、前述した数式１、２〜９を用いて、記憶部４０に記憶された情報に基づき干渉マップ４０ｂまたは近似空中像４０ｃを計算する。ここで、投影光学系の物体面におけるパターンをパターンデータ４０ａが表すレイアウトパターンとして、干渉マップや近似空中像を計算する。さらに、制御部２０は求められた干渉マップ４０ｂまたは近似空中像４０ｃを表示部３０に表示させる。

ステップＳ２０４では、パターンデータ４０ａと近似空中像４０ｃとを閲覧した利用者により、制御部２０が計算した干渉マップまたは近似空中像に基づいて、主パターンと補助パターンを配置する。前述したように、干渉マップまたは近似空中像の値がピークを示す位置または、一定の条件を満たす領域に、光を透過する主パターンや補助パターンを配置する。投影光学系の物体面におけるパターンの位置に対応する位置（通常はほぼ同一の位置）には主パターンが配置され、それ以外のピークを示す位置に解像しない補助パターンを配置する。主パターンはパターンデータが表すレイアウトパターンそのものや、その大きさを変更したもの、レイアウトパターンの位置をずらしたものなどに相当する。

制御部２０は、主パターンおよび補助パターンの配置命令を受け取り、その配置命令に基づいて、主パターンおよび補助パターンを配置する。さらには、マスク面におけるパターンが描画されない部分の透過率（背景透過率）も決定する。制御部２０は記憶部４０を参照し、主パターン、補助パターンおよびマスクの背景透過率の情報を含めたものを第１パターンとする。

Ｓ２０５では、ｉが予め決められた回数ｎ（２以上の自然数）以上であるかを判断する。ｉがｎ以上であれば計算プログラムは終了し、ｉがｎより小さいならばＳ２０６へ移行する。本実施例においてｎ＝２とすると、ｉ＝１の場合はＳ２０６へ移行する。

Ｓ２０６では、パターンデータ４０ａをＳ２０４で作成した第ｉパターンに置き換える。Ｓ２０７では、演算子ｉに１を足して、ｉ＝２とする。

そして、Ｓ２０３において第１パターンのデータであるパターンデータ４０ａを用いて、再度、干渉マップまたは近似空中像を算出する。そして、Ｓ２０４において、Ｓ２０３で計算された近似空中像または干渉マップに基づいて、値がピークを示す位置、または、一定の条件を満たす領域に、さらに補助パターンを配置した第２パターンを作成する。次に、Ｓ２０５に移行し、ｉがｎ以上であるかを判断する。ｎ＝ｉ＝２であるため繰返しループを終えて、Ｓ２０８において第２パターンを原版のパターンとして原版のデータ４０ｄを作成する。そして、制御部２０は、原版のデータ４０ｄを表示部３０に表示させ、原版のデータ４０ｄを記憶部４０に記憶させる。

以上のように、本実施形態の原版データ作成プログラム４０ｋによる処理では、干渉マップまたは近似空中像の計算と、補助パターンの配置を繰返し行い、原版のデータ４０ｄを作成する。なお、繰返し計算の回数は特に限定されず、例えば、原版の作成コストとスループット向上の効果との観点から決定されうる。

また、原版のデータ４０ｄは、繰り返し計算の最終回で得られたデータだけでなく、繰り返し計算の途中で得られたデータ、例えば、最終回の前の回で得られたデータとしてもよい。さらに、原版のデータ４０ｄには、上記のように干渉マップまたは近似空中像に基づいて作成されたデータのみでなく他のデータを含んでもよい。他のデータとして、例えば、補助パターン配置の対象とされていないレイアウトパターン、スキャッタリングバーやＯＰＣにより配置されうるパターンなど、解像性能を向上させるパターンが挙げられる。

さらに、原版作成方法として、ＥＢ描画装置に作成された原版のデータ４０ｄを入力し、原版のデータ４０ｄに応じたＣｒ等のパターンを有する原版を作成することができる。

ここで、Ｓ２０４における補助パターン配置について説明する。補助パターンの配置の仕方は幾つか考えられる。１つ目は、干渉マップまたは近似空中像のピーク位置に補助パターンを配置する方法、２つ目は、干渉マップまたは近似空中像を位置で微分した値が０になる位置に補助パターンを配置する方法が考えられる。また、干渉マップまたは近似空中像が一定の閾値以上（もしくは、以下）の領域の重心位置に補助パターンを配置してもよい。重心位置を算出するには、干渉マップまたは近似空中像が一定の閾値以上（もしくは、以下）の領域を閉領域として処理すればよい。以上のように配置された補助パターンからの光束と主パターンからの光束とが強め合い、感光剤上に目標とするパターンを形成することができる。

さらに、１度、補助パターンが配置されたパターンから干渉マップまたは近似空中像を計算して、さらに別の補助パターンを配置すれば、目標とするパターンが形成される位置の光強度が大きくなる。

その結果、それらの補助パターンを配置したマスクを用いて、パターン露光を行えば解像度が向上し、さらに、光強度の増大を要因としてスループットが向上する。

以下の実施例では、干渉マップまたは空中像成分を用いた原版データ作成に関する方法、本発明の効果、更なる応用方法について、図を用いて詳細に説明する。

本発明の第１実施例について説明する。露光装置に用いられる光源の波長を波長２４８ｎｍ、投影光学系のＮＡを０．８６と仮定する。投影光学系は無収差で照明光は無偏光、さらに、レジストは考慮しないとする。ウェハ上に形成したいパターンである目標パターンは、直径が１００ｎｍのコンタクトホールが５個、一列に並んだものとする。したがって、レイアウトパターンを図３（ａ）示すように、１００ｎｍ角のパターンが５つ並んだものとし、そのパターンのデータをパターンデータ４０ａとする。有効光源は図３（ｂ）のようであるとし、有効光源情報４０ｅを決定する。ここで、図３（ｂ）の縦軸および横軸は投影光学系の瞳面における直交する座標軸を示し、濃淡は光強度を表す。

ＮＡ情報４０ｆは０．８６、λ情報４０ｇは２４８ｎｍとセットされる。収差情報４０ｈ、偏光情報４０ｉ、そして、レジスト情報４０ｊは、本実施例ではなしとセットされる。

近似空中像としてＹ_０，０（ｘ，ｙ）を求めると、図３（ｃ）のようになる。ここで、図３（ｃ）および後述の図３（ｅ）の縦軸および横軸は像面における直交する座標軸を示し、各位置における濃淡は右端の数値が表すように像強度の値を示す。図３（ｃ）の近似空中像のピーク位置に主パターンＳＰ１〜ＳＰ５（図３（ａ）のパターンそのもの）および補助パターン（主パターンＳＰ１〜５以外の黒四角で囲まれたパターン）を配置すると、図３（ｄ）の第１パターンが得られる。本実施例では、主パターンおよび補助パターンを光の透過率１００％の透過部として、背景透過率を０％とする。

さらに、投影光学系の物体面におけるパターンを図３（ｄ）の第１パターンに置き換え、第１パターンのデータをパターンデータ４０ａとする。そして、そのパターンデータ４０ａに基づいて、Ｙ_０，０（ｘ，ｙ）を求めると図３（ｅ）のようになる。そして、図３（ｅ）の近似空中像のピーク位置を探索し、補助パターンを配置する。そうすると、図３（ｆ）のように第１パターンの周囲に補助パターンＨＰ１〜ＨＰ１０を配置した第２パターンを得ることができる。そして、最終的に得られた第２パターンを原版のデータ４０ｄとする。なお、補助パターンＨＰ１〜ＨＰ１０の光透過率も１００％とする。

図３（ｄ）のマスクパターンによる空中像シミュレーション結果は、図４（ａ）のようになる。一方、図３（ｆ）のマスクパターンによる空中像シミュレーションの結果は、図４（ｂ）のようになる。ここで、図４（ａ）および（ｂ）の縦軸および横軸は像面における直交する座標軸を示し、各位置における濃淡は右端の数値が表すように光強度の値を示す。また、白の四角の線で囲まれた部分は図３（ｄ）および（ｆ）の主パターンおよび補助パターンに対応し、パターンと空中像の算出結果を分かりやすく表示している。ただし、マスク面とウェハ面との大きさを１：１に対応させているため、実際の縮小投影光学系の場合、マスク面上の位置とウェハ面上の位置は適宜、縮小されうる。

図５は、図４（ａ）および図４（ｂ）の結果をグラフに示したものである。図５における横軸はｘ、縦軸はｙ＝０における光強度であり、点線は図４（ａ）の結果、実線は図４（ｂ）の結果を示す。図５から分かるように、図４（ｂ）における最大強度が図４（ａ）における最大強度より大きく、図４（ｂ）における最大強度は図４（ａ）における最大強度の約６％分だけ大きい。すなわち、目標パターンが形成さる位置の光強度（光量）が大きくなっていることがわかる。そのため、図３（ｆ）のパターンを原版データ４０ｄとして原版（マスク）を作成すれば解像度を向上し、さらに、図３（ｄ）のパターンを原版（マスク）のパターンとするよりもスループットを向上させることができる。

本発明の第２実施例について説明する。露光装置に用いられる光源の波長を２４８ｎｍ、投影光学系のＮＡを０．８６と仮定する。投影光学系は無収差で照明光は無偏光、さらに、レジストは考慮しないとする。

目標パターンは、実施例１と同様に、直径が１００ｎｍのコンタクトホールが５個、一列に並んだものとする。したがって、レイアウトパターンを図６（ａ）示すように、１００ｎｍ角のパターンが５つ並んだものとし、そのパターンのデータをパターンデータ４０ａとする。有効光源は図６（ｂ）のようであるとし、有効光源情報４０ｅを決定する。ここで、図６（ｂ）の縦軸および横軸は投影光学系の瞳面における直交する座標軸を示し、濃淡は光強度を表す。

ＮＡ情報４０ｆは０．８６、λ情報４０ｇは２４８ｎｍと設定される。収差情報４０ｈ、偏光情報４０ｉ、レジスト情報４０ｊはこの場合なしとセットされる。

このように干渉マップの計算用情報が設定され、それらの情報を用いて干渉マップを求めると図６（ｃ）のようになる。ここで、図６（ｃ）および後述の図６（ｅ）の縦軸および横軸は物体面における直交する座標軸を示し、各位置における濃淡は右端の数値が表すように像面強度（振幅）の値を示す。図６（ｃ）のピーク位置に主パターンＳＰ６〜ＳＰ１０（図６（ａ）のパターンそのもの）および補助パターン（主パターンＳＰ６〜１０以外の黒四角で囲まれたパターン）を配置すると、図６（ｄ）の第１パターンが得られる。本実施例においても、主パターンおよび補助パターンを光の透過率１００％の透過部として、背景透過率を０％とする。

さらに、投影光学系の物体面におけるパターンを図６（ｄ）の第１パターンに置き換え、第１パターンのデータをパターンデータ４０ａとする。そして、そのパターンデータ４０ａに基づいて、干渉マップを求めると、図６（ｅ）のようになる。さらに、図６（ｅ）の干渉マップのピーク位置を探索し、補助パターンを配置する。そうすると、図６（ｆ）のように、第１パターンの周囲に補助パターンＨＰ１１〜ＨＰ２２を配置した第２パターンを得ることができる。そして、最終的に得られた第２パターンを原版のデータ４０ｄとする。なお、補助パターンＨＰ１１〜ＨＰ２２の光透過率も１００％とする。

図６（ｄ）のマスクパターンによる空中像シミュレーション結果は、図７（ａ）のようになる。一方、図６（ｆ）のマスクパターンによる空中像シミュレーションの結果は、図７（ｂ）のようになる。ここで、図７（ａ）および（ｂ）の縦軸および横軸は像面における直交する座標軸を示し、各位置における濃淡は右端の数値が表すように光強度の値を示す。また、白の四角の線で囲まれた部分は図６（ｄ）および（ｆ）の主パターンおよび補助パターンに対応し、パターンと空中像の算出結果を分かりやすく表示している。

図８は、図６（ａ）および図６（ｂ）の結果をグラフに示したものである。図８における横軸はｘ、縦軸はｙ＝０における光強度であり、点線は図６（ａ）の結果、実線は図６（ｂ）の結果を示す。図８から分かるように、図６（ｂ）における最大強度が図６（ａ）における最大強度より大きく、図６（ｂ）における最大強度は図６（ａ）における最大強度の約６％分だけ大きい。すなわち、目標パターンを形成したい位置における光強度（光量）が増大していることがわかる。そのため、図６（ｆ）のパターンのデータを原版データ４０ｄとして原版（マスク）を作成すれば、実施例１と同様に、スループットを向上させることができる。

本実施例でも、図２に記載のフローチャートに従って処理を進めることで原版データ４０ｄを作成することができる。ただし、本実施例では図２に記載のｎを２に設定している。

次に、本発明により作成されたマスク１３０、及び、有効光源が適用される露光装置１００について、図９を用いて説明する。ここで、図９は露光装置１００の概略ブロック図である。

露光装置１００は、照明装置１１０と、マスクステージ１３２と、投影光学系１４０と、主制御ユニット１５０と、モニタ及び入力装置１５２と、基板ステージ１７６と、媒質としての液体１８０とを備える。この露光装置１００は、投影光学系１４０の最終面と基板１７０が液体１８０に浸漬し、液体１８０を介して原版であるマスク１３０のパターンを基板１７０に露光する液浸露光装置である。露光装置１００は、ステップアンドスキャン方式の投影露光装置であるが、ステップアンドリピート方式その他の露光方式を適用してもよい。

照明装置１１０は、転写用の回路パターンが形成されたマスク１３０を照明し、光源部と照明光学系とを有する。光源部は、光源としてのレーザー１１２と、ビーム整形系１１４とを含む。

ビーム整形系１１４は、例えば、複数のシリンドリカルレンズを備えるビームエクスパンダ等を使用することができる。そして、レーザー１１２からの平行光の断面形状の寸法の縦横比率を所望の値に変換することによりビーム形状を所望のものに成形する。ビーム成形系１１４は、後述するオプティカルインテグレーター１１８を照明するのに必要な大きさと発散角を持つ光束を形成する。

照明光学系はマスク１３０を照明する。本実施例では集光光学系１１６、偏光制御手段１１７、オプティカルインテグレーター１１８、開口絞り１２０、集光レンズ１２２、折り曲げミラー１２４、マスキングブレード１２６、結像レンズ１２８を含む。照明光学系は、通常の円形照明、輪帯照明、多重極照明など様々な照明モードも実現することができる。

集光光学系１１６は、複数の光学素子から構成され、オプティカルインテグレーター１１８に所望の形状の光束を効率よく導入する。例えば、集光光学系１１６はズームレンズシステムを含み、オプティカルインテグレーター１１８への入射ビームの形および角度の分配をコントロールする。

集光光学系１１６は、マスク１３０への照明光の露光量を照明毎に変更可能な露光量調整部を含む。露光量調整部は、主制御ユニット１５０によって制御される。露光量モニタを、例えば、オプティカルインテグレーター１１８とマスク１３０の間やその他の場所に置き露光量を計測しその結果をフィードバックすることもできる。

偏光制御手段１１７は、例えば、偏光素子を含み、投影光学系１４０の瞳１４２とほぼ共役な位置に配置される。偏光制御手段１１７は瞳１４２に形成される有効光源の所定の領域の偏光状態を制御する。複数種類の偏光素子からなる偏光制御手段１１７が図示しないアクチュエータによって回転可能なターレット上に設けられて主制御ユニット１５０がかかるアクチュエータの駆動を制御してもよい。

オプティカルインテグレーター１１８はマスク１３０に照明される照明光を均一化し、入射光の角度分布を位置分布に変換して出射するハエの目レンズとして構成される。ハエの目レンズは、その入射面と出射面とがフーリエ変換の関係に維持され、ロッドレンズ（即ち、微小レンズ素子）を多数組み合わせることによって構成されている。但し、オプティカルインテグレーター１１８はハエの目レンズに限定されず、光学ロッド、回折格子、各組が直交するように配置された複数の組のシリンドリカルレンズアレイ板などを含む。

オプティカルインテグレーター１１８の出射面の直後には、形状及び径が固定された開口絞り１２０が設けられている。開口絞り１２０は、投影光学系１４０の瞳１４２とほぼ共役な位置に配置され、開口絞りの１２０の開口形状は投影光学系１４０の瞳面１４２の光強度分布（有効光源）の外形に相当する。開口絞り１２０は有効光源の形状を決定しうる。

開口絞り１２０は、照明条件に応じて絞り交換機構（アクチュエータ）１２１によって、開口絞りが光路中に位置するように切り替え可能となっている。アクチュエータ１２１の駆動は、主制御ユニット１５０によって制御される駆動制御ユニット１５１によって制御される。なお、開口絞り１２０は、偏光制御手段１１７と一体に構成されてもよい。

集光レンズ１２２はオプティカルインテグレーター１１８の射出面近傍の２次光源から射出し、開口絞り１２０を透過した複数の光束を集光し、ミラー１２４で反射させて被照斜面としてのマスキングブレード１２６面を均一にケーラー照明によって照明する。

マスキングブレード１２６は複数の可動遮光板より構成され、投影光学系１４０の有効面積に対応するほぼ矩形の任意の開口形状を有している。マスキングブレード１２６の開口部を透過した光束をマスク１３０の照明光として使用する。マスキングブレード１２６は開口幅を自動可変な絞りであり、転写領域を変更できる。

結像レンズ１２８は、マスキングブレード１２６の開口形状をマスク１３０面上に照射して転写し、マスク１３０面上のパターンを基板上に縮小投影する。

マスク１３０は、転写されるべきパターンと補助パターンが形成され、マスクステージ１３２に支持及び駆動される。マスク１３０から発せられた回折光は投影光学系１４０を通り基板１７０に投影される。マスク１３０と基板１７０とは光学的に共役の関係に配置される。露光装置１００はスキャナーであるため、マスク１３０と基板１７０とを同期走査することによりマスク１３０のパターンを基板１７０上に転写する。なお、ステップアンドリピート方式の露光装置であれば、マスク１３０と基板１７０とを静止させた状態で露光を行う。マスク１３０は、バイナリーマスク、ハーフトーンマスク、位相シフトマスクのいずれも使用することができる。

マスクステージ１３２はマスク１３０を支持し、Ｘ方向およびＸ方向に直交するＹ方向にマスク１３０を移動する。マスクステージ１３２はリニアモータなどの移動機構に接続されている。露光装置１００は、マスク１３０と基板１７０を主制御ユニット１５０によって同期した状態で走査する。

投影光学系１４０は、マスク１３０に形成されたパターンを経た回折光を基板１７０上に結像する機能を有する。投影光学系１４０として、複数のレンズ素子のみからなる光学系、複数のレンズ素子と少なくとも一枚の凹面鏡とを有する光学系（カタディオプトリック光学系）を使用することができる。また、複数のレンズ素子と少なくとも一枚のキノフォームなどの回折光学素子とを有する光学系等も使用することができる。

主制御ユニット１５０は、各部の駆動制御を行うが、特に、モニタ及び入力装置１５２の入力装置から入力される情報、照明装置１１０からの情報に基づいて照明制御を行う。主制御ユニット１５０による制御情報やその他の情報はモニタ及び入力装置１５２のモニタに表示される。

基板１７０ではフォトレジスト１７２がウェハ１７４上に塗布されている。なお、ウェハ１７４は液晶基板に置き換えられても良い。基板１７０は基板ステージ１７６に支持される。

液体１８０には、露光波長の透過率がよく、投影光学系に汚れを付着させず、レジストプロセスとのマッチングが良い物質が選択される。

露光において、レーザー１１２から発せられた光束は、ビーム成形系１１４によりそのビーム形状が整形された後で、集光光学系１１６を介して、オプティカルインテグレーター１１８に導入される。オプティカルインテグレーター１１８は照明光を均一化し、開口絞り１２０は有効光源の強度分布を設定する。かかる照明光は集光レンズ１２２、折り曲げミラー１２４、マスキングブレード１２６、結像レンズ１２８を介してマスク１３０を最適な照明条件で照明する。マスク１３０を通過した光束は投影光学系１４０によって、基板１７０上に所定倍率で縮小投影される。

投影光学系１４０の基板１７０への最終面は空気よりも屈折率の高い液体１８０に浸漬されているので、投影光学系１４０のＮＡは高くなり、基板１７０に形成される解像度も微細になる。また、偏光制御により、レジスト１７２上にはコントラストの高い像が形成される。これにより、露光装置１００はレジストへのパターン転写を高精度に行って高品位なデバイス（半導体素子、ＬＣＤ素子、撮像素子（ＣＣＤなど）、薄膜磁気ヘッドなど）を提供することができる。

次に、本発明により作成されたマスク１３０が適用される露光装置１００を利用したデバイスの製造方法を、図１０及び図１１を用いて説明する。図１０は、デバイス（ＩＣやＬＳＩなどの半導体チップ、ＬＣＤ、ＣＣＤ等）の製造を説明するためのフローチャートである。ここでは、半導体チップの製造を例に説明する。

ステップ１（回路設計）では、デバイスの回路設計を行う。具体的には、機能仕様を基に、スケマティックレベルの設計を行い、その後、レイアウト設計を行う。レイアウト設計では、ＣＡＤソフトを用いて、上記のようなレイアウトパターンを設計し、パターンデータ４０ａを生成する。

ステップ２（マスク製作）では、設計した回路パターン形成に適したマスクを製作する。具体的には、本発明の方法により、原版のデータ４０ｄを作成する。そして、ＥＢ描画装置に原版のデータ４０ｄを入力として与え、原版のデータ４０ｄに応じたＣｒ等のパターンをマスク１３０に描画する。これにより、マスク１３０を作成する。

ステップ３（ウェハ製造）では、シリコンなどの材料を用いてウェハを製造する。ステップ４（ウェハプロセス）は、前工程と呼ばれ、マスクとウェハとを用いて本発明のリソグラフィー技術によってウェハ上に実際の回路を形成する。ステップ５（組み立て）は、後工程と呼ばれ、ステップ４によって作成されたウェハを用いて半導体チップ化する工程であり、アッセンブリ工程（ダイシング、ボンディング）、パッケージング工程（チップ封入）等の工程を含む。ステップ６（検査）では、ステップ５で作成された半導体デバイスの動作確認テスト、耐久性テストなどの検査を行う。こうした工程を経て半導体デバイスが完成し、この半導体デバイスが出荷（ステップ７）される。

図１１は、ステップ４のウェハプロセスの詳細なフローチャートである。ステップ１１（酸化）では、ウェハの表面を酸化させる。ステップ１２（ＣＶＤ）では、ウェハの表面に絶縁膜を形成する。ステップ１３（電極形成）では、ウェハ上に電極を蒸着などによって形成する。ステップ１４（イオン打ち込み）では、ウェハにイオンを打ち込む。ステップ１５（レジスト処理）では、ウェハに感光剤（レジスト）を塗布する。ステップ１６（露光）では、露光装置１００によってマスクの回路パターンをウェハ（基板）に露光する。ステップ１７（現像）では、露光したウェハ（基板）を現像する。ステップ１８（エッチング）では、現像したレジスト像以外の部分を削り取る。ステップ１９（レジスト剥離）では、エッチングが済んで不要となったレジストを取り除く。これらのステップを繰り返し行うことによってウェハ（基板）上に多重に回路パターンが形成される。本実施例のデバイス製造方法によれば、従来よりも高品位なデバイスを製造することができる。

本発明によれば、スループット向上に適したマスクのデータを生成することができる。これにより、半導体デバイスの製造時間を低減できる。

以上、本発明の好ましい実施例について説明したが、本発明はこれらの実施例に限定されないことはいうまでもなく、その要旨の範囲内で種々の変形及び変更が可能である。例えば、本実施例ではバイナリーマスクによる露光方法を紹介したが、ハーフトーンマスクでも同様の原版データ作成が適用可能である。ここで、ハーフトーンマスクとは、バイナリーマスクの遮光部が半透光部材になっていて、かつ、マスクの開口部に対して位相差１８０度を設ける種類のマスクである。

本実施形態におけるコンピュータの構成を示す図である。 本実施形態における原版データ作成のフローチャートである。 第１実施例における原版データ作成を説明するための図である。 第１実施例における空中像シミュレーション結果を表す図である。 図４に示す結果をグラフに表した図である。 第２実施例における原版データ作成を説明するための図である。 第２実施例における空中像シミュレーション結果を表す図である。 図７に示す結果をグラフに表した図である。 露光装置の構成を示す図である。 デバイス製造方法を説明するフローチャートである。 ウェハプロセスを説明するフローチャートである。

符号の説明

ＳＰ１〜ＳＰ１０ 主パターン
ＨＰ１〜ＨＰ２２ 補助パターン
１００ 露光装置
１３０ マスク
１７０ 基板
１１０ 照明光学系
１４０ 投影光学系

Claims (6)

1. 原版を照明光で照明し、投影光学系を介して前記原版のパターンの像を基板上に投影する際に使用する前記原版のデータを作成する原版データ作成方法において、
   前記照明光が前記投影光学系の瞳面に形成する光の強度分布を表す関数と前記投影光学系の瞳関数とに基づいて２次元相互透過係数を求めるステップと、
   前記２次元相互透過係数と前記投影光学系の物体面におけるパターンに基づいて、前記投影光学系の像面における空中像を前記空中像の複数成分のうち少なくとも１つの成分で近似した、近似空中像を算出する算出ステップと、
   前記近似空中像に基づいて、前記物体面におけるパターンに補助パターンを加えたパターンを作成する作成ステップとを有し、
   前記作成ステップにおいて作成されたパターンを前記物体面におけるパターンに置き換えて前記算出ステップおよび前記作成ステップを繰り返し実行し、該繰り返し実行により作成されたパターンを含む原版のデータを作成することを特徴とする原版データ作成方法。
2. 原版を照明光で照明し、投影光学系を介して前記原版のパターンの像を基板上に投影する際に使用する前記原版のデータをコンピュータに作成させる原版データ作成プログラムにおいて、前記コンピュータに、
   前記照明光が前記投影光学系の瞳面に形成する光の強度分布を表す関数と前記投影光学系の瞳関数とに基づいて２次元相互透過係数を求めるステップと、
   前記２次元相互透過係数と前記投影光学系の物体面におけるパターンに基づいて、前記投影光学系の像面における空中像を前記空中像の複数成分のうち少なくとも１つの成分で近似した、近似空中像を算出する算出ステップと、
   前記近似空中像に基づいて、前記物体面におけるパターンに補助パターンを加えたパターンを作成する作成ステップとを実行させ、
   前記作成ステップにおいて作成されたパターンを前記物体面におけるパターンとして前記算出ステップおよび前記作成ステップを繰り返し実行させ、該繰り返し実行により作成されたパターンを含む原版のデータを作成させることを特徴とする原版データ作成プログラム。
3. 請求項１に記載の原版データ作成方法により作成された原版のデータを用いて原版を作成することを特徴とする原版作成方法。
4. 請求項２に記載のプログラムをコンピュータに実行させることにより作成された原版のデータを用いて原版を作成することを特徴とする原版作成方法。
5. 請求項３又は４に記載の原版作成方法により作成された原版を照明するステップと、
   投影光学系を介して前記原版のパターンの像を基板に投影露光するステップと
   を有することを特徴とする露光方法。
6. 請求項５に記載された露光方法により前記原版のパターンの像を前記基板に露光する露光ステップと、
   露光された前記基板を現像する現像ステップと、
   を備えることを特徴とするデバイスの製造方法。

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