JP5010830B2 - サイドローブのプリントを避けるための最適化 - Google Patents

Description

本発明は、リソグラフィ装置及びリソグラフィ方法に関する。

リソグラフィ装置は、基板の目標部分に所望のパターンを施す機械である。例えば、リソグラフィ装置は、集積回路（ＩＣ）の製造に使用することができる。この場合、マスク又はレチクルとも呼ばれるパターニング装置を使用して、ＩＣの個々の層に対応する回路パターンを生成することができる。このパターンを、放射感知物質（レジスト）の層を有する基板（例えば、シリコン・ウェハ）上の目標部分（例えば、１つ又は複数のダイの一部を含む）上に結像することができる。一般に、１つの基板は、次々と露光される隣接した目標部分からなるネットワークを含む。従来のリソグラフィ装置は、１回の動作でパターン全体を露光させることによって各目標部分を照射する、いわゆるステッパと、所与の方向（「走査」方向）の放射ビームを介してパターンを走査することによって各目標部分を照射し、これと同時にこの方向と平行又は逆平行に基板を走査する、いわゆるスキャナとを含む。

半導体産業が、大規模なサブミクロン体制に移行するにつれ、焦点深度の低減、投影系の設計の困難性及び投影系作製技術の複雑性のため、現在利用可能なリソグラフィ技術による解像度は極限にきている。この問題に対処するため、解像度向上技術の開発努力が絶えず行われている。

従来のバイナリ・マスクを使用して達成可能であるより大きなプロセス・ラチチュード及びパターン解像度を達成するために、小幾何形状の半導体製造において広範に使用されてきた解像度向上技術の１つに、位相シフト・マスクがある。今日急速な進歩を遂げている半導体製造産業では、集積化がますます高レベルとなり、これに対するパターン形体が小型化され、最先端の作製プロセスを実行する上で位相シフト・マスクの使用は重要である。いわゆる減衰位相シフト・マスク（Ａｔｔ−ＰＳＭ）は、従来のマスクの不透明な部分を、部分的に透過性であるハーフトーン・フィルムで置き換えて作製される。一般に、このようなハーフトーン・フィルムの透過率は、約１０％である。ハーフトーン・フィルムは、それが透過させる放射の位相を１８０°だけ好ましくシフトさせるために選択される。これに対し、位相シフト・マスクの透明域を通過する放射は、位相シフトされない。このように、結像には有利であり得る回折波間に干渉による弱め合いが起こる。

しかし、Ａｔｔ−ＰＳＭの主な問題は、サイドローブのプリントの可能性があることである。サイドローブは、マスク・パターン内で隣り合う透明な形体が密接し、およそ放射波長の間隔だけ離れている場合に、その隣り合う透明な形体間の干渉による強め合いによって生じる、最終パターン内の不要なイメージである。従来のリソグラフィ装置を使用した場合のサイドローブ形成の一例を図１ａ〜図１ｄに示す。

図１ａは、投影系１０５とマスク１１０とを含み、少なくとも部分的に放射感応物質１２０で覆われた基板１１５の数箇所を選択的に照明するために使用される従来のリソグラフィ装置１００の概略図である。

マスク１１０は、放射透過性基板１２５を含む。基板１２５は、そのいくつかの領域上に部分透過性の位相シフト物質１３０を有する。位相シフト物質は、そこを通過する放射のほとんどを吸収し、そこを通過させる放射の位相をシフトさせる。位相シフト領域１３０内で位相シフト物質を通過する放射は、約１８０°だけ位相がシフトされ、その結果、図１ａに示す放射透過性領域、つまり開放領域１４０など、位相シフト物質１３０のコーティングのないマスク１１０の領域を通過する放射に比べると位相が反対になる。放射１４５は、マスク１１０を通り抜け、基板１１５上の放射感応物質１２０を露光させる。

マスク１１０の透過率を、図１ｂに示す。図では、開放領域１４０の透過率を正値１５０として表し、位相シフト物質１３０を有する領域の透過率を負値１５５として表す。位相シフト物質１３０で覆われたマスク１１０の領域の透過率の負値は、開放領域１４０を通過する放射と位相シフト領域を通り抜ける放射との間の干渉を示す。

放射感応物質１２０に達する放射１４５からの電界強度を図１ｃに示す。開放領域１４０からの電界強度を曲線１６０で示し、位相シフト領域からの電界強度を曲線１６５で示す。開放領域曲線１６０は、全体的に正値であり、開放領域１６０から隔たったところに正弦曲線端部１７０があり、その端部は漸近的に減少する振幅を有する。位相シフト領域曲線１６５は、負の電界強度を持ち、開放領域１６０から隔たったところで一定であり、位相シフト領域と開放領域１４０との移行近辺でゼロに減少している。

図１ｄに示すように、曲線１６０と１６５とをまとめ、合致させて放射感応物質１２０内で放射を露光する。放射露光のプロファイルは、開放領域１４０の中央に対応するメイン・ピーク１７５を有する。放射強度は、メイン・ピークから、メイン・ピーク１７５の両側のメイン・トラフ１８０に落ち込む。メイン・ピーク１７５からさらに離れたところで２次ピーク１８５及び３次ピーク１９０がある。メイン・ピーク１７５から大きく離れたところで、減衰物質の透過性に対応する定露光１９５がある。図１ｄに点線１９６で示すプリント閾値強度レベルは、最終的に基板１１５上にプリントを得るに足る、放射感応物質１２０の露光に必要な最小限の強度レベルである。図示するように、強度レベルが、開放領域１４０よりも幅１９７の狭い形体のプリントをもたらすことになる。

２次ピーク１８５及び３次ピーク１９０を基板上にプリントしないようにするために、閾値１９６は、これらのピークよりも高くなければならない。しかし、この条件が満たされても、２次ピークが、別の形体（マスク１１０上の別の開放領域に相当する）の２次ピーク又は３次ピークと組み合わさって局部的にプリント閾値を超えることがある。プリントの放射強度が閾値強度を超える、基板上の好ましくないこうした領域は、「サイドローブ」と呼ばれる。

一般に、サイドローブは、密集したパターン内でいくつかの偽窓又はリング構造として現れ、パターン細部（例えば、ピッチ）及び光学的条件（例えば、ソース形状や開口率ＮＡ）に極めて敏感である。サイドローブのプリントは、ピッチが１．２＊λ／ＮＡ（λは放射波長、ＮＡはリソグラフィ装置の開口率）に近く、パターンに少量のバイアスがかかり（つまりプリントのための照射比量が較的多い）、しかも高透過性マスクが使用される孔パターンの場合最も問題となる。サイドローブのプリントは、現在使用している放射感応物質が、サイドローブ形成を防止する十分な表面防止作用のない、１９３ｎｍのリソグラフィの場合も問題となることがある。サイドローブのプリントは、パターン内の不要な追加の形体が基板内に転写され得るため、デバイス製造歩留まりに激烈な悪影響を及ぼすことがある。

本発明の一実施例は、リソグラフィ装置を使用した、マスク・パターンの基板上への光学的転写を構成する方法を含む。本発明の一実施例では、この方法は、マスク・パターンを基板上へ光学的に転写した結果生じるはずの、プリンテッド・サイドローブのサイズを計算する段階と、基板上にマスク・パターンを光学的に転写するための複数のリソグラフィ・パラメータを決め、それにより最適なマスク・パターンのラチチュードの高さ、及び最適な小ささのプリンテッド・サイドローブのサイズをもたらす段階とを含む。

本発明の別の実施例では、機械実施可能な手順を有するコンピュータ・プログラム・プロダクトが提供され、その手順は、リソグラフィ装置を使用した、マスク・パターンの基板上への光学的転写を構成する方法を実施する機械によって実施することが可能である。この方法は、マスク・パターンを基板上へ光学的に転写した結果生じるはずの、プリンテッド・サイドローブのサイズを計算する段階と、基板の上にマスク・パターンを光学的に転写するための複数のリソグラフィ・パラメータを決め、それにより最適なマスク・パターンのラチチュードの高さ、及び最適な小ささのプリンテッド・サイドローブのサイズをもたらす段階とを含む。

本発明のさらに別の実施例では、所望のパターンに従って放射ビームをパターニングするために使用することのできるパターニング装置を支持するように構成された支持構造と、基板を保持するように構成された基板テーブルと、基板の目標部分上にパターニングされたビームを投影するように構成された投影系と、マスク・パターンを基板上に光学的に転写した結果生じるはずのプリンテッド・サイドローブのサイズを計算し、基板上にマスク・パターンを光学的に転写するための複数のリソグラフィ・パラメータを決め、それにより最適なマスク・パターンのラチチュードの高さ、及び最適な小ささのプリンテッド・サイドローブのサイズをもたらし、決められた複数のリソグラフィ・パラメータに基づき照明形状を決めるように構成された演算処理装置と、放射ビームがパターニング装置に達する前に、演算処理装置によって決められた照明形状に従って、放射ビーム内の断面強度分布を変更するようにした、選択可能可変ビーム・コントローラとを含むリソグラフィ装置が提供される。

本発明のさらに別の実施例では、機械実施可能な手順を有するコンピュータ・プログラム・プロダクトが提供され、その手順は、リソグラフィ装置を使用した、マスク・パターンの基板上への光学的転写を構成する方法を実施する機械によって実施することが可能である。この方法は、シミュレータのシミュレーション・モデルによって計算される、マスク・パターンの基板上への光学的転写の結果生じるはずのプリンテッド・サイドローブのサイズを求めるようにシミュレータに指示する段階と、プリンテッド・サイドローブのサイズが小さいマスク・パターンに対し高ラチチュードを得る最良の条件を決めるために、シミュレーション・モデルを反復して動作させるようにシミュレータに指示する段階とを含む。

本発明の一実施例では、リソグラフィ装置を使用した、基板上へのマスク・パターンの光学的転写を構成する方法が提供され、この方法は、マスク・パターンを基板上に光学的に転写した結果生じるサイドローブに関連する放射強度を求める段階と、基板の上にマスク・パターンを光学的に転写するための複数のリソグラフィ・パラメータを決め、それにより最適なマスク・パターンのラチチュードの高さ、そのサイドローブに関連する、プリント閾値未満の最適なサイドローブ強度をもたらす段階とを含む。

添付の概略的な図面を参照して、ほんの一例として、本発明の実施例をいくつか説明する。図面において、対応する参照符号は対応する部分を示す。

図２は、本発明の一実施例によるリソグラフィ装置の概略図である。この装置は、放射ビームＢ（例えば、ＵＶ放射）を調整するようにした照明系（照明装置）ＩＬと、パターニング装置（例えば、マスク）ＭＡを保持するように構成され、投影系ＰＳ（「投影レンズ」）に対しパターニング装置を正確に位置決めするように構成された第１の位置決め装置ＰＭに接続された支持構造（例えば、マスク・テーブル）ＭＴとを含む。この装置は、基板（例えば、レジスト被膜のウェハ）Ｗを保持するように構成され、投影系ＰＳに対し基板を正確に位置決めするように構成された第２の位置決め装置ＰＷに接続された基板テーブル（例えば、ウェハ・テーブル）ＷＴも含む。この装置は、ビームＢに付与されたパターンをパターニング装置ＭＡによって基板Ｗの目標部分Ｃ（例えば、１つ又は複数のダイを含む）に結像するようにした投影系（例えば、屈折投影レンズ）ＰＳも含む。

次に述べるように、装置は（例えば、透過性マスクを使用した）透過タイプのものである。或いは、装置は（例えば、以下に述べるようなタイプのプログラム可能なミラー・アレイを使用した）反射タイプのものでもよい。

照明装置ＩＬは、放射ソースＳＯから放射を受け取る。ソース及びリソグラフィ装置は、例えば、ソースがエキシマ・レーザである場合は、互いに独立したものであってよい。このような場合、ソースは、リソグラフィ装置の一部を形成するとは見なされず、放射は、例えば、適切な方向付けミラー及び／又はビーム・エキスパンダを含むビーム送出系ＢＤを用いて、ソースＳＯから照射装置ＩＬへ送られる。他の場合では、例えば、ソースが水銀ランプの場合、ソースは、リソグラフィ装置の一体部分とすることができる。ソースＳＯ及び照射装置ＩＬは、ビーム送出系ＢＤが必要であるならばそれとともに、放射系と呼ぶことができる。

照明装置ＩＬは、ビームの角強度分布を調整するように構成された調整装置ＡＭを含むことができる。一般に、照明装置のひとみ平面における強度分布の少なくとも外径及び／又は内径の長さ（通常、それぞれ外σ及び内σと呼ばれる）は調整することができる。さらに、照明装置ＩＬは、積算器ＩＮや集光器ＣＯなど様々な他の構成要素も含むことができる。照明装置は、放射Ｂの調整されたビームを提供する。

放射ビームＢは、マスク・テーブルＭＴ上に保持されているマスクＭＡ上に入射する。放射ビームＢは、マスクＭＡを突っ切った後、ビームを基板Ｗの目標部分Ｃ上に集束させる投影系ＰＬを通り抜ける。第２の位置決め装置ＰＷ、及び位置センサＩＦ（例えば、干渉デバイス）を用いて、例えば、ビームＢの経路内に別の目標部分Ｃが位置するように、基板テーブルＷＴを正確に移動させることができる。同様に、例えばマスク・ライブラリからの機械的検索の後、又は走査中に、第１の位置決め装置ＰＭ、及び別の位置センサ（これは図２には明確には描かれていない）を使用して、放射ビームＢの経路に対してマスクＭＡを正確に位置決めすることができる。一般に、テーブルＭＴ及びＷＴの移動は、位置決め装置ＰＭ及びＰＷの一方又は両方の一部を形成するロング・ストローク・モジュール（大雑把な位置決め）及びショート・ストローク・モジュール（精密な位置決め）を用いて行うことができる。しかし、（スキャナとは反対に）ステッパの場合、マスク・テーブルＭＴは、ショート・ストローク・アクチュエータのみに接続してもよいし、固定してもよい。マスクＭＡ及び基板Ｗは、マスク位置合わせマークＭ１及びＭ２、並びに基板位置合わせマークＰ１及びＰ２を使用して位置合わせすることができる。

図示した装置を下記の好ましいモードで使用することができる。

１．ステップ・モードでは、マスク・テーブルＭＴ及び基板テーブルＷＴは、基本的に静止が保たれ、放射ビームに付与されたパターン全体が目標部分Ｃ上に１回の動作で（つまり１回の静止露光で）投影される。次いで、別の目標部分Ｃが露光されるように、基板テーブルＷＴはＸ方向及び／又はＹ方向に移動される。ステップ・モードでは、露光範囲の最大サイズによって１回の静止露光で結像される目標部分Ｃのサイズが制約される。

２．走査モードでは、放射ビームに付与されたパターンが目標部分Ｃ上に投影（つまり１回の動的露光）される間、マスク・テーブルＭＴと基板テーブルＷＴとが同時に走査される。マスク・テーブルＭＴに対する基板テーブルＷＴの速度及び方向は、投影系ＰＳの拡大（縮小）特性及び像反転特性によって決まる。走査モードでは、露光範囲の最大サイズによって１回の動的露光における目標部分の（非走査方向の）幅が制約されるが、目標部分の（走査方向の）高さは、走査動作の距離によって決まる。

３．別のモードでは、マスク・テーブルＭＴは、プログラム可能なパターニング装置を保持しながら基本的に静止が保たれ、基板テーブルＷＴは、放射ビームに付与されたパターンが目標部分Ｃ上に投影される間移動又は走査される。このモードでは、一般に、パルス状の放射ソースが使用され、プログラム可能なパターニング装置は、基板テーブルＷＴの移動が終わるたびに、又は走査中の連続的な放射パルスの合間に、必要に応じて更新される。この動作モードは、先に述べたようなタイプのプログラム可能なミラー・アレイなど、プログラム可能なパターニング装置を利用しマスクを利用しないリソグラフィに容易に適用することができる。

上述の使用モード又は全く異なる使用モードを組み合わせて、かつ／又は変更して使用することもできる。

図３は、本発明の一実施例による、マスク・パターンの光学的転写を構成する方法を示す。

この方法は、初期露光条件が画定される段階３００から始まる。露光条件は、以下のパラメータのうち１つ又は複数を含むことができる。それらは、マスク・パターンの目標サイズ（例えば、限界寸法）目標ピッチの範囲、パラメータ化した照明形状（ソース形状とも呼ばれる）、投影系の開口率、及び露光量である。初期露光パラメータは、前回のリソグラフィ・シミュレーション、又は同様のマスク・パターンに対して満足すべき結果を示した過去の実験に基づいて選択することができる。その代わりに、初期露光パラメータを新しいリソグラフィ・シミュレーションによって求めることもできる。

リソグラフィ・シミュレーションは、別のモデルを使用して行うことができる。パラメータ化した照明形状を最適化するためのシミュレーションのモデル及び方法の例は、例えば、「Ｍｅｔｈｏｄ ｆｏｒ Ｏｐｔｉｍｉｚｉｎｇ ａｎ Ｉｌｌｕｍｉｎａｔｉｏｎ Ｓｏｕｒｃｅ Ｕｓｉｎｇ Ｆｕｌｌ Ｒｅｓｉｓｔ Ｓｉｍｕｌａｔｉｏｎ ａｎｄ Ｐｒｏｃｅｓｓ Ｗｉｎｄｏｗ Ｍｅｔｒｉｃ」という名称で２００３年２月１１日出願の米国特許出願第１０／３６１，８３１号、及び「Ｌｉｔｈｏｇｒａｐｈｉｃ Ａｐｐａｒａｔｕｓ ａｎｄ Ｍｅｔｈｏｄ ｆｏｒ Ｏｐｔｉｍｉｚｉｎｇ ａｎ Ｉｌｌｕｍｉｎａｔｉｏｎ Ｓｏｕｒｃｅ Ｕｓｉｎｇ Ｉｓｏｆｏｃａｌ Ｃｏｍｐｅｎｓａｔｉｏｎ」という名称で２００３年１１月２０日出願の米国特許出願第１０／７１６，４３９号に見つけることができる。これら２件の出願の内容全体を参照として本明細書に組み込む。

本発明の一実施例では、空間像モデルを用いてリソグラフィ・シミュレーションを行って、放射感応物質（レジスト）上への入射放射エネルギー分布を決めることができる。空間像の計算は、フーリエ光学のスカラ形式又はベクトル形式のどちらかで行うことができる。開口率（ＮＡ）や特定のマスク・パターンなどリソグラフィ装置及びプロセスの特徴を、シミュレーションの入力パラメータとして入力することができる。実際には、Ｐｒｏｌｉｔｈ（登録商標）、Ｓｏｌｉｄ−Ｃ（登録商標）及びＬｉｔｈｏｃｒｕｉｓｅｒ（登録商標）など市販のシミュレータを用いてシミュレーションを行うことができる。

次いで、計算された像を、１つ又は複数の基準に対して評定して、その像が、基板上のレジスト内に所望の形体をうまくプリントするための適切な光学的特性を持っているかどうか判断する。空間像を焦点範囲にかけて分析して、露光ラチチュード及び焦点深度の推定値を得、この手順を繰返し行って最適な光学的条件に到達することができる。実際には、空間像の特性は、コントラスト又は（形体サイズに正規化した）正規化空間像ログ・スロープ（ＮＩＬＳ）の距離関数を使用して求めることができる。この値は、像強度（又は空間像）の傾斜に相当する。

空間像シミュレーションを行うための関連パラメータには、幾何光線光学によって求められる、ガウス像平面の焦点面からの距離、つまり最良の焦点面が存在する平面までの距離、又は準単色放射ソースの中心波長が含まれることがある。こうしたパラメータは、照明系の空間的部分コヒーレンスの程度の判断基準、基板を露光させる投影系の開口率、光学系の収差、及びマスク・パターンを表す空間透過関数の記述も含むことができる。

本発明の別の実施例では、レジスト・モデルを用いてリソグラフィ・シミュレーションを行うことができる。実施の際、レジスト・モデルは、照射量／露光エネルギーや焦点などの不確定要素を用いて限界寸法（又はサイズ）及びその変動を計算するときに、レジスト露光、レジスト焼付け、及びレジスト現像を考慮に入れることができる。同様に本発明の一実施例では、レジスト・モデルは、非平面トポグラフィ及びベクトル効果を考慮に入れることができる。ベクトル効果とは、高開口率が使用される場合、電磁波が斜めに伝播する事実を指す。空間像を計算するときにベクトル効果を計上することができるが、入射光線は、レジスト内を伝播するときに、レジストのより高い屈折率のためにまっすぐになる傾向があることから、ガス内（例えば、空中）でベクトル効果を計算すると、基板について得られるコントラスト損失が相当に過剰推定されることがある。従って、実際の実験反応を正確に判断するには、厳密な電磁計算によるレジスト・モデルが望ましい。

本発明の他の実施例では、集中パラメータ・モデルや可変閾値レジスト・モデルのような追加のモデルも使用することができる。シミュレーション・モデルは、それが実験データに合致するという理由で選択されることが分かるであろう。

図３を参照すると、次いで、推定初期露光条件（例えば、パラメータ化した照明形状及び照射量）に対してマスク・パターンのバイアスを求める段階３０５に進む。マスクにバイアスをかけるのは、露光されたマスク・パターンの形体を、選択された照射量又は閾値用の公称又は所望形体サイズ（例えば、目標限界寸法）に一層合致させるためである。

本発明では、候補となるソース形状（段階３００）及びマスクのバイアス（段階３０５）を選択し、シミュレータ内でテストし、次いで繰返し調整して、許容可能なサイドローブ形成を伴う高プロセス・ラチチュードを得る。高プロセス・ラチチュードは、例えば、約０．３μｍを超える焦点深度、又はマスク・パターンの半区間における約２０％未満の限界寸法変動に相当し得る。より一般には、高プロセス・ラチチュードは、リソグラフィ・パラメータ（例えば、開口率、温度、圧力、焦点、アラインメント誤差など）の変動が決められた範囲内である限りその変動に関係なく、所定の仕様範囲内でマスク・パターンをプリントするリソグラフィ・プロセスに相当し得る。

次に、マスク・パターンのラチチュードを計算する段階３１０へ進む。本発明の一実施例では、限界寸法均一性の分析法を使用して初期試用条件のラチチュードを計算する。限界寸法均一性は、プロセスの変動範囲にわたって、目標サイズに対する計算形体サイズの判断基準となる。限界寸法均一性の分析法は、まず種々のパラメータに起因する、計算されたプリント・パターンの限界寸法変動を計算することによって行われる。こうしたパラメータを所定範囲にわたって変動させて、リソグラフィ・プロセスの変動をシミュレートする。限界寸法均一性の分析法に使用することのできるパラメータの例としては、例えば、焦点、照射量、レンズの収差、フレアのレベル、パターン密度の変動、及びマスクの限界寸法範囲がある。

複数の限界寸法変動（各変動は、パラメータ値をその所定範囲にわたって変動させることによって求める）の計算に続いて、全パラメータによって誘起される総限界寸法変動を求める。これは、例えば、各プロセスの変動によって生じる限界寸法変動の二次合計を計算することによって行われる。限界寸法均一性の分析法についての追加の情報は、例えば、「Ｌｉｔｈｏｇｒａｐｈｉｃ Ａｐｐａｒａｔｕｓ ａｎｄ Ｍｅｔｈｏｄ ｆｏｒ Ｏｐｔｉｍｉｚｉｎｇ ａｎ Ｉｌｌｕｍｉｎａｔｉｏｎ Ｓｏｕｒｃｅ Ｕｓｉｎｇ Ｐｈｏｔｏｌｉｔｈｏｇｒａｐｈｉｃ Ｓｉｍｕｌａｔｉｏｎｓ」という名称で、２００４年２月９日出願の米国特許出願第１０／７７３，３９７号に見つけることができる。

次いで、基板上にコーティングされた放射感応物質上にマスク・パターンを光学的に転写することによって生じる、プリンテッド・サイドローブの深さ又はサイズを計算する段階３１５へ進む。図１ａ〜図１ｄを参照すると、結像パターンの強度プロファイルを空間的にまとめることによってサイドローブの形成を検出して、マスク・パターンの第１の形体の２次（又はさらに高次の）強度ピークが、マスク・パターンの別の形体からの２次又は３次ピークと組み合わさって局部的にプリント閾値を超えていないかどうか判断することができる。超えている場合、次いでレジストのシミュレーション、又は投影された像の分析を行ってサイドローブの深さ又はサイズを得ることができる。本発明の明細書及び特許請求の範囲では、以降、「プリンテッド・サイドローブのサイズ」及び「サイドローブのサイズ」という表現は、現像されたレジスト層の平面における横方向サイズ、及び／又は現像されたレジスト層の深さを意味する。

サイドローブ形成の定性分析法を、本発明の別の実施例において使用することができることが分かるであろう。例えば、パターンの空間像の強度プロファイルをプリント閾値と比較して、サイドローブがプリントされるかどうか判断することができる。

次いで、最適なラチチュードの高さ、及び最適な小ささのプリンテッド・サイドローブの深さ又はサイズをもたらす複数のリソグラフィ・パラメータを決めるための計算を行う段階３２０へ進む。例えば、段階３００で定義された初期リソグラフィ・パラメータを繰り返す反復適合（ｉｔｅｒａｔｉｖｅ ｆｉｔｔｉｎｇ）相互作用アルゴリズムを使用して計算を行って、最小限界寸法変動及び最小サイドローブ深さ又はサイズを得る露光条件を見つけることができる。本発明の一実施例では、最小化計算を、Ｓｉｍｐｌｅｘ法及び／又はＬｅｖｅｎｂｅｒｇ−Ｍａｒｑｕａｒｄｔ法による収束計算を使用して行うことができる。収束が達成されるまで、つまり最小値が見つかるまで、こうした計算によって選択パラメータ（例えば、限界寸法変動やサイドローブ深さ）が最小化される。本発明の別の実施例では、追加の収束ルーチンを使用することができることが分かるであろう。次いで、この最小化から割りだされた露光条件を、そのマスク・パターンを使用したリソグラフィのプロセスにおいて使用して、サイドローブのない又はサイドローブの小さい、十分な限界寸法均一性を提供することができる。

小サイズのサイドローブは、マスク・パターンをプリントするために使用される（つまりプリント・パターンに関連した）強度プリント閾値未満の関連放射強度で形成された又はそれを有するサイドローブに該当し得る。このような場合、サイドローブは基板上にプリントされない。これは、マスク・パターンの第１の形体の２次（又はこれより高次の）強度ピークが、マスク・パターンの別の形体からの２次又は３次ピークと組み合わさるが、局部的にプリント閾値が超過しない場合に相当する。本発明の別の実施例では、小サイズのサイドローブは、２つのマスク・パターンの形体間の最短距離よりも狭いサイドローブ幅に該当し得る。このような場合、サイドローブは基板上にプリントされるが、これらの２つの形体はサイドローブによってつながることはなく、従って例えば、デバイスの動作中、これら２つの形体間の短絡が防がれる。本発明のさらに別の実施例では、小サイズのサイドローブは、深さが約１５０ｎｍ未満のサイドローブ又は幅がほぼゼロのサイドローブを含むことができる。

サイドローブ形成の定性分析法が使用される場合、段階３２０のプロセスを同様に最適化することができることが分かるであろう。例えば、初期リソグラフィ・パラメータを繰り返す反復適合アルゴリズムを使用してリソグラフィ・パラメータを決めて、最小限界寸法変動と、プリント閾値未満のサイドローブ強度とが得られる露光条件を見つけることができる。

図４は、本発明の別の実施例による、マスク・パターンの光学的転写を構成する方法のフロー図である。本発明のこの実施例では、この方法は、ピッチ範囲によってある一定の計算を行う。

この方法は、マスク・パターンのピッチ範囲を含む初期露光条件を決める段階４００から始まる。図３に示す実施例と同様に、露光条件は、次の追加のパラメータのうち１つ又は複数を含むことができる。それらは、マスク・パターンの目標サイズ（例えば、限界寸法）、パラメータ化した照明形状、投影系の開口率、及び露光量である。こうした初期露光パラメータは、前回のリソグラフィ・シミュレーション、過去の実験、又は新たに計算されたシミュレーションに基づいて選択することができる。

次いで、ピッチ範囲内の選択されたピッチに対し、推定初期露光条件（例えば、パラメータ化した照明形状やサイズ）によりマスク・パターンを目標サイズ（例えば、限界寸法）にプリントするためのマスク・パターンのバイアスを計算する段階４０５に進む。次いで、例えば、（先に説明した）限界寸法均一性の分析法を使用して、それぞれのピッチ用にマスク・パターンのラチチュードを求め（段階４１０）、段階４１５では、それぞれのピッチに対し、マスク・パターンの光学的転写によって生じたプリンテッド・サイドローブの深さを計算する。サイドローブ深さの計算は、図３に示した実施例と同様に行うことができる。すなわち、マスク・パターンの強度プロファイルを空間的にまとめることによってサイドローブの形成を検出して、マスク・パターンの第１の形体の２次（又はさらに高次の）強度ピークが、マスク・パターンの別の形体からの２次又は３次ピークと組み合わさって局部的にプリント閾値を超えていないかどうか判断することができる。超えている場合、次いでレジストのシミュレーション、又は投影された像の分析を行ってサイドローブの深さ又はサイズを得ることができる。

それぞれのピッチのサイドローブ深さ又はサイズ計算に引き続き、マスク・パターン（及びその関連ピッチ）の光学的転写で得られた、最も好ましくないラチチュード（例えば、最も高い限界寸法変動を生じるラチチュード）並びに／或いは最も好ましくないサイドローブ深さ又はサイズを持つ露光形体（例えば、孔）を識別し（段階４１６）、ラチチュードが高い（例えば、限界寸法変動を最小化するように高い）、かつサイドローブの深さ又はサイズが小さい条件を見つけるための計算を行う。同様に、収束が達成されるまで、Ｓｉｍｐｌｅｘ法及び／又はＬｅｖｅｎｂｅｒｇ−Ｍａｒｑｕａｒｄｔ法による収束計算を使用して、選択されたパラメータ（例えば、限界寸法変動やサイドローブ深さ）を最小化することができる。

図５を参照すると、選択されたピッチ１００〜６００ｎｍに対して最小限界寸法変動を与えるために（サイドローブのプリントを考慮に入れずに）最適化された第１の照明形状（ケース１）と、図４に示す本発明の実施例に従って最適化された第２の照明形体（ケース２）とが示される。ケース１及び２では、選択されたピッチ１００〜６００ｎｍに対して最小のＣＤ変動を与えるために全バイアスも最適化されている。ケース１及び２の計算されたバイアスを、図６ｂに示す。表１は、ケース１及び２の照明形状を決めるために使用された、別の露光パラメータ及びその関連範囲を示す。マスクは、６％減衰の位相シフト・マスクである。本発明の他の実施例では、追加のパラメータ及び／又は変動範囲を使用することができることが分かるであろう。

第２のシナリオ（ケース２）では、選択されたピッチ１００〜６００ｎｍに対して最小の限界寸法変動を与えるために、全バイアス及び照明形状も最適化する。

図４（段階４１５）に示す方法による照明形状の最適化は、約１４０ｎｍのピッチ範囲内のサイドローブ形成を示した。次いで、距離関数を計算して（段階４２０）、そのピッチの孔方形格子の限界寸法変動とサイドローブ深さとを最小化した。サイドローブがプリントされることに対し高ラチチュードを持つことが望ましいので、最適化の手順では、プリントされた孔深さを計算するとき、適用照射量を公称値より１０％増大させた。適用照射量を公称値より１０％増大させ、プリンテッド・サイドローブが生じる投影条件を排除することによって、プリンテッド・サイドローブは確実に公称照射量のところで除去されるはずである。或いは、最適化の手順は、プリントされた孔深さを計算するときに、適用照射量を公称値の１０％増よりも上げ、例えば公称値の２０％増になるようにすることもできる。

ケース１では、リソグラフィ・プロセスの最適化によって、σ＝０．２４の軸上照明に軸外照明を加えた成分を有する照明形状が提供される。軸外照明は、外径０．９４７、内径０．７４８及び開口角度１７．１°の四極タイプの照明である。レジストのモデリング及び処理の推定条件に対し最適化された露光量は、６２．６ｍＪ／ｃｍ^２であり、それにより目標ＣＤをプリントするために必要なマスクのバイアスが確定される。ケース２では、リソグラフィ・プロセスの最適化によって、σ＝０．２９の軸上照明と、外径０．９９９、内径０．７００及び開口角度２２．２°の四極軸外照明とを有する照明形状が提供される。最適化された露光量は、４１．７ｍＪ／ｃｍ^２である。ポールの内径及び外径は、照明器具の全部開口に相対的に付与される（１が全部開口に相当）。

こうした照明形状は、従来のビーム・シェーパを用いて形成することができることが分かるであろう。例えば、米国特許第６４５２６６２号は、ケース１及び２の照明形状生成に使用することのできる多モード生成素子を開示している。その出願の内容全体を参照として本明細書に組み込む。その出願に開示されている多モード生成素子は、照明系のひとみ平面におけるビーム経路内に挿入可能な４つの三角ブレードを含む。この多モード生成素子によって、継続的に可変な４極の照明モードの生成が可能になる。本発明の別の実施例では、金属開口プレートを使用して所望の照明形状を作ることができる。

図６ａを参照すると、ケース１及び２のピッチ関数としての、６０ｎｍ孔の方形格子の半区画限界寸法変動が示される。シミュレーションの結果は、ピッチに関係なく、半区画限界寸法変動が変動の許容範囲（点線で示す）内であるので、どちらのケースにとっても最適化が満足のいくものであることを示している。

図６ｂは、ケース１及び２のピッチ関数としての計算されたバイアスを示す。ここで使用するバイアスは、バイアス＝ＣＤ（プリントされた孔）−ＣＤ（１Ｘにおけるマスク上の孔）で定義される。ケース２は、計算された最適照射量がもっぱら低いために、ピッチ全体にわたり負のバイアスを有するが、これはサイドローブをなくすためには好ましい。

図６ｃを参照すると、ケース１及び２のピッチ関数としてのサイドローブ深さが示される。シミュレーションの結果は、ケース１の場合、１３０〜１８０ｎｍのピッチ範囲内でサイドローブ形成が起こることを示している。ケース１の場合、ピッチ全体にわたりＣＤ変動がケース２の場合より低い。しかし、サイドローブ形成の結果、パターンが実際に基板上に露光された場合に、デバイスの故障が起こりやすい。これに対し、ケース２は、ピッチに関係なく、いかなるサイドローブのプリントも示さない。これらの結果は、リソグラフィ・プロセスの最適化において、サイドローブの形成を考慮に入れることが望ましいことを示すもので、サイドローブ回避という制約を含む最適化が、照射量、バイアス及びソース形状に対し、著しく異なる動作点をもたらすことになるのは明らかである。

本明細書に記載する１つ又は複数の実施例は、固定ＮＡでピッチ全体にわたり孔を使用するが、本明細書の概念及び実施例は、例えば、サイドローブを呈し得るどんな固定孔パターン又は複合パターンにでも援用することができる。

基板上にマスク・パターンを光学的に転写する際の最適化に含まれる別のいくつかの行為を、機械実施可能な指示に従って行うことができることが分かるであろう。こうした機械実施可能な指示は、例えばリソグラフィ装置の制御部のデータ記憶媒体に組み込むことができる。制御部は、調整装置ＡＭを制御するように、かつ投影系ＩＬを励起するビーム内の断面強度分布を変更するように構成された演算処理装置を含むことができる。

本発明の一実施例では、別の機械実施可能な指示を、Ｐｒｏｌｉｔｈ（登録商標）、Ｓｏｌｉｄ−Ｃ（登録商標）やＬｉｔｈｏｃｒｕｉｓｅｒ（登録商標）などのシミュレーション用ソフトウェアと一緒に使用することのできるコンピュータ製品に組み込むことができる。すなわち、コンピュータ製品を、シミュレーション用ソフトウェアに複数の初期リソグラフィ・パラメータが提供されるように構成し、かつそのシミュレーション用ソフトウェアに、レジスト上に転写されたマスク・パターンの像と、レジスト上にプリントされたサイドローブのサイズ又は深さとの計算が指示されるように構成することができる。次いで、コンピュータ製品を、シミュレータからサイドローブの深さ又はサイズが出力されるように構成し、かつ、複数の初期パラメータを繰り返して、浅いプリンテッド・サイドローブを有する所望パターンを得るための最良の条件が決まるように構成することができる。

本明細書では、ＩＣの製造におけるリソグラフィ装置の使用について特に記載しているが、本明細書に記載するリソグラフィ装置は、集積光学系の製造、磁気ドメイン・メモリ用ガイダンス及び検出パターン、液晶表示装置（ＬＣＤ）、薄膜磁気ヘッドなど、他への応用もできることを理解されたい。このような代替応用例との関連で、当業者であれば、本明細書で「ウェハ」又は「ダイ」という用語を使用する場合はいつも、より一般的な用語である「基板」又は「目標部分」とそれぞれ同義語と見なせることを理解するであろう。本明細書で言う基板は、例えばトラック・ツール（通常、基板にレジスト層を施し露光されたレジストを現像するツール）、又は計測ツール、又は検査ツール内で露光の前又は後に処理することができる。該当する場合には、本明細書の開示は、このような基板処理ツール及び他の基板処理ツールに適用することができる。さらに、基板は、例えば多層ＩＣを生成するために２回以上処理される場合があり、従って本明細書で使用する基板という用語は、複数回処理された層を既に含む基板も意味することがある。

本明細書で使用する「放射」及び「ビーム」という用語は、紫外線（ＵＶ）放射（例えば、波長が３６５、２４８、１９３、１５７又は１２６ｎｍのもの）、及び極紫外（ＥＵＶ）放射（例えば、波長が５〜２０ｎｍのもの）、並びにイオン・ビーム又は電子ビームなどの粒子ビームを含むあらゆるタイプの電磁放射を包含する。

本明細書で使用する「パターニング装置」という用語は、放射ビームの断面にパターンを付与して、基板の目標部分へのパターン形成などを行うために使用することのできる、あらゆるデバイスを意味するものとして広く解釈すべきである。放射ビームに付与されたパターンは、基板の目標部分内の所望パターンに厳密に対応しないことがあることを留意されたい。一般に、ビームに付与されるパターンは、集積回路など、目標部分内に形成されているデバイス内の特定の機能層に対応する。

パターニング装置は透過性又は反射性であってよい。パターニング装置の例としては、マスク、プログラム可能なミラー・アレイ、及びプログラム可能なＬＣＤパネルなどがある。リソグラフィでは、種々のマスクがよく知られており、マスクのタイプとしては、バイナリ・マスク、交互位相シフト・マスク、及び減衰位相シフト・マスク、並びに様々なハイブリッド・マスクなどがある。プログラム可能なミラー・アレイの一例は、様々な方向から入射する放射ビームを反射するようにそれぞれを個別に傾斜させることのできる、小ミラーからなるマトリックス構成を使用している。反射ビームは、このようにしてパターニングされる。

支持構造は、パターニング装置の向き、リソグラフィ装置の設計、並びに、例えばパターニング装置が真空状態内で保持されているか否かなど他の状態に応じた形で、パターニング装置を保持している。支持体は、機械的締付け、真空式締付け、又は、例えば真空条件下での静電的締付けなど他の締付け法を使用することができる。支持体は、例えば、必要に応じて固定又は移動可能で、パターニング装置を、例えば投影系に対して所望の位置にくるようにすることができるフレーム又はテーブルでよい。本明細書で「レチクル」又は「マスク」という用語を使用する場合はいつも、より一般的な用語の「パターニング装置」と同義語と見なすことができる。

本明細書で使用する「投影系」という用語は、例えば使用される露光放射、或いは浸漬液の使用又は真空の使用など他のファクタに適した屈折光学系、反射光学系、及び反射屈折光学系を含む様々なタイプの投影系を包含するものとして広く解釈すべきである。本明細書で「投影レンズ」という用語を使用する場合はいつも、より一般的な用語の「投影系」と同義語と見なすことができる。

照明系もまた、放射ビームを方向付け、形作り、又は調整する屈折光学的、反射光学的、及び反射屈折光学的構成要素などを含め、様々なタイプの光学的構成要素を包含することができる。このような構成要素は、以下では集合的に又は個別に「レンズ」と呼ぶことができる。

リソグラフィ装置は、２つ（２段）以上の基板テーブル（及び／又は２つ以上のマスク・テーブル）を有するタイプのものでよい。このような「多段」機械では、追加のテーブルを並行して使用してもよいし、１つ又は複数のテーブル上で予備段階を実行し、その間１つ又は複数の他のテーブルを露光に使用することもできる。

リソグラフィ装置は、投影系の最終素子と基板との間の空間を満たすように、基板表面が、例えば水など比較的高屈折率の液体に浸漬されたタイプのものでもよい。浸漬液は、例えばマスクと投影系の最初の素子との間の、リソグラフィ装置の他の空間にも適用することができる。浸漬法は、投影系の開口率を増加させる技術分野ではよく知られている。

本明細書に記載する方法は、ソフトウェア、ハードウェア又はその組合せとして実施することができる。一実施例では、コンピュータ・システムに実施される場合、本明細書に記載する方法のうちのどれでも又は全てを実行するよう、そのコンピュータ・システムに指示するプログラム・コードを含むコンピュータ・プログラムを提供する。

本発明の特定の実施例をいくつか説明してきたが、本発明は説明した以外の方法で実施することができることが分かるであろう。本明細書の記載は、本発明を限定するものではない。

従来のリソグラフィ装置を使用した場合のサイドローブ形成の一例を示す図である。 従来のリソグラフィ装置を使用した場合のサイドローブ形成の一例を示す図である。 従来のリソグラフィ装置を使用した場合のサイドローブ形成の一例を示す図である。 従来のリソグラフィ装置を使用した場合のサイドローブ形成の一例を示す図である。 本発明の一実施例によるリソグラフィ装置を示す図である。 本発明の一実施例によるリソグラフィ・プロセスを最適化するためのフロー図である。 本発明の一実施例によるリソグラフィ・プロセスを最適化するためのフロー図である。 ２つの照明形状の概略図である。ケース１は、中央のポール半径が０．２４、四極照明の外径が０．９４７、内径が０．７４８、そして角半径が１７．１°の照明形状に相当する。ケース２は、中央のポール半径が０．２９、四極照明の外径が０．９９９、内径が０．７００、そして角半径が２２．２°の照明形状に相当する。ケース２の照明形状は図４に示す方法により最適化されている。 放射が１５７ｎｍ及びＮＡが１．３のリソグラフィ装置投影系を使用した、ケース１及びケース２の照明形状により露光させた６０ｎｍ孔の方形格子パターンの半区間限界寸法（ＣＤ）変動をピッチ関数として示すグラフである。 それぞれが最適な照射量にあるケース１及びケース２の照明形状に対し、マスクのバイアス変動をピッチ関数として示すグラフである。 ケース１及びケース２の照明形状に対し、６０ｎｍ孔の方形格子パターンによるサイドローブ深さの変動をピッチ関数として示すグラフである。

符号の説明

ＳＯ 放射ソース
ＢＤ ビーム送出系
ＩＬ 照明系
ＩＮ 積算器
ＣＯ 集積器
Ｂ ビーム
ＭＡ パターニング装置
Ｍ１、Ｍ２ マスク位置合わせマーク
ＭＴ 支持構造
ＰＭ 第１の位置決め装置
ＰＳ 投影系
Ｗ 基板
Ｐ１、Ｐ２ 基板位置合わせマーク
ＷＴ 基板テーブル
ＩＦ 位置センサ
ＰＷ 第２の位置決め装置

Claims (14)

1. リソグラフィ装置を使用して、基板上へのマスク・パターンの光学的転写を構成する方法であって、
   前記マスク・パターンのピッチ範囲を含む複数の初期リソグラフィ・パラメータを定義する段階と、
   各ピッチに対して前記マスク・パターンのラチチュードを計算する段階と、
   各ピッチに対して前記基板上に前記マスク・パターンを光学的に転写することによって生じるプリンテッド・サイドローブのサイズを計算する段階と、
   各ピッチに対して最も低いラチチュード又は最も大きいプリンテッド・サイドローブのサイズをもたらすマスク・パターンを識別する段階と、
   前記計算されたラチチュード、前記計算されたプリンテッド・サイドローブのサイズ、及び前記識別されたマスク・パターンを考慮して、各ピッチに対して所定値以上のラチチュード及び所定サイズより小さいプリンテッド・サイドローブのサイズをもたらす複数のリソグラフィ・パラメータの解を決定する段階と、
   を備える方法。
2. 前記所定値以上のラチチュードは、０．３μｍよりも大きい焦点深度、及び２０％未満の前記マスク・パターンの半区画限界寸法変動のうち１つを含む、請求項１に記載の方法。
3. 前記プリンテッド・サイドローブのサイズを計算する前に、複数の初期リソグラフィ・パラメータに基づき、前記マスク・パターンの像を計算する段階を含む、請求項１に記載の方法。
4. 前記複数の初期リソグラフィ・パラメータが、前記リソグラフィ装置のマスク・パターンのバイアス、放射波長、開口率、照明形状のパラメータ、又はこれらのあらゆる組合せを含む、請求項３に記載の方法。
5. 前記複数のリソグラフィ・パラメータを決める前記段階が、リソグラフィ・シミュレータを使用して、所定値以上のラチチュード及び所定サイズより小さいプリンテッド・サイドローブのサイズを与える解を見つけるために、さまざまなリソグラフィ・パラメータを繰り返す段階を含む、請求項１に記載の方法。
6. 前記決められた複数のリソグラフィ・パラメータの解に基づき、前記リソグラフィ装置の照明構成を決める段階さらに含む、請求項１に記載の方法。
7. 前記複数のリソグラフィ・パラメータが、前記リソグラフィ装置の放射波長、開口率、露光量、照明形状パラメータ又はこれらのあらゆる組合せ含む、請求項１に記載の方法。
8. 前記プリンテッド・サイドローブのサイズを計算する前記段階が、前記プリンテッド・サイドローブの深さを計算する段階を含む、請求項１に記載の方法。
9. 前記ラチチュードが、限界寸法均一性の分析法を使用して求められる、請求項８に記載の方法。
10. 前記所定値以上のラチチュードは、目標サイズ変動を最小化するラチチュードである、請求項１に記載の方法。
11. リソグラフィ装置を使用した、基板上へのマスク・パターンの光学的転写を構成する方法を実行するための機械によって実施可能な指示を有するコンピュータ・プログラムであって、前記方法は、
    前記マスク・パターンのピッチ範囲を含む複数の初期リソグラフィ・パラメータを定義する段階と、
    各ピッチに対して前記マスク・パターンのラチチュードを計算する段階と、
    各ピッチに対して前記基板上に前記マスク・パターンを光学的に転写することによって生じるプリンテッド・サイドローブのサイズを計算する段階と、
    各ピッチに対して最も低いラチチュード又は最も大きいプリンテッド・サイドローブのサイズをもたらすマスク・パターンを識別する段階と、
    前記計算されたラチチュード、前記計算されたプリンテッド・サイドローブのサイズ、及び前記識別されたマスク・パターンを考慮して、各ピッチに対して所定値以上のラチチュード及び所定サイズより小さいプリンテッド・サイドローブのサイズをもたらす複数のリソグラフィ・パラメータの解を決定する段階と、
    を備える、コンピュータ・プログラム。
12. リソグラフィ投影装置であって、
    所望のパターンに従って放射ビームをパターニングするパターニング装置を支持するように構成された支持構造と、
    基板を保持するように構成された基板テーブルと、
    前記基板の目標部分上に前記パターニングされたビームを投影するように構成された投影系と、
    前記パターニング装置のピッチ範囲を含む複数の初期リソグラフィ・パラメータを定義し、各ピッチに対して前記パターニング装置のラチチュードを計算し、各ピッチに対して前記基板上に前記パターニング装置を光学的に転写することによって生じるプリンテッド・サイドローブのサイズを計算し、各ピッチに対して最も低いラチチュード又は最も大きいプリンテッド・サイドローブのサイズをもたらすマスク・パターンを識別し、前記計算されたラチチュード、前記計算されたプリンテッド・サイドローブのサイズ、及び前記識別されたマスク・パターンを考慮して、各ピッチに対して所定値以上のラチチュード及び所定サイズより小さいプリンテッド・サイドローブのサイズをもたらす複数のリソグラフィ・パラメータの解を決定し、前記決定された複数のリソグラフィ・パラメータの解に基づいて照明形状を決定する演算処理装置と、
    前記放射ビームが前記パターニング装置に到達する前に、前記放射ビーム内の断面強度分布を、前記演算処理装置によって決定された前記照明形状に従って変更する選択可能可変ビーム・コントローラと、
    を含むリソグラフィ投影装置。
13. 前記マスク・パターンの像は、シミュレーションモデルを用いて計算される、請求項３に記載の方法。
14. 前記所定サイズより小さいプリンテッド・サイドローブのサイズは、前記マスク・パターンの２つの形体間の最短距離より狭い、請求項１に記載の方法。