JP3913191B2

JP3913191B2 - 空間周波数倍加技術を利用するマスクパターン形成方法および装置

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Publication number: JP3913191B2
Application number: JP2003124534A
Authority: JP
Inventors: ヴァンデンブロークダグラス; ファンチェンジャン
Original assignee: エーエスエムエルマスクツールズビー．ブイ．
Priority date: 2002-03-25
Filing date: 2003-03-25
Publication date: 2007-05-09
Anticipated expiration: 2023-03-25
Also published as: KR20030077448A; TWI292857B; SG117436A1; DE60305377D1; EP1359464B1; EP1359464A2; CN1450406A; CN1293426C; JP2003295411A; TW200401954A; KR100563776B1; DE60305377T2; US6920628B2; US20040006757A1; EP1359464A3

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、一般的にはクロムレス位相リソグラフィ技術と共に使用するマスクパターンの創成に関し、更に具体的には空間周波数倍加技術を利用することによるターゲットパターンに基づくマスクパターンの創成に関する。その上、本発明は、放射線の投影ビームを作るための放射線システム；この投影ビームをパターン化するのに役に立つ、マスクを保持するためのマスクテーブル；基板を保持するための基板テーブル；およびこのパターン化したビームを基板の目標部分上に投影するための投影システムを含むリソグラフィ装置を使用するデバイス製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
リソグラフィ投影装置（ツール）は、例えば、集積回路（ＩＣ）の製造に使うことができる。そのような場合、マスクがこのＩＣの個々の層に対応する回路パターンを含み、このパターンを、放射線感応性材料（レジスト）の層で被覆した基板（シリコンウエハ）の目標部分（例えば、一つ以上のダイを含む）上に結像することができる。一般的に、単一ウエハが隣接する目標部分の全ネットワークを含み、それらをこの投影システムを介して、一度に一つずつ、順次照射する。一つの種類のリソグラフィ投影装置では、全マスクパターンをこの目標部分上に一度に露出することによって各目標部分を照射し；そのような装置を普通ウエハステッパと呼ぶ。代替装置−普通ステップ・アンド・スキャン装置と呼ぶ−では、このマスクパターンを投影ビームの下で与えられた基準方向（“走査”方向）に順次走査し、一方、一般的に、この投影システムが倍率Ｍ（一般的に＜１）であり、この基板テーブルを走査する速度Ｖが、倍率Ｍ掛けるマスクテーブルを走査する速度であるので、この基板テーブルをこの方向に平行または逆平行に同期して走査することによって各目標部分を照射する。ここに説明したようなリソグラフィ装置に関する更なる情報は、例えば、ＵＳ６，０４６，７９２から収集することができ、それを参考までにここに援用する。
【０００３】
リソグラフィ投影装置を使う製造プロセスでは、マスクパターンを、少なくとも部分的に放射線感応材料（レジスト）の層で覆われた基板上に結像する。この結像工程の前に、この基板は、例えば、下塗り、レジスト塗布およびソフトベークのような、種々の処理を受けるかも知れない。露出後、基板は、例えば、露出後ベーク（ＰＥＢ）、現像、ハードベークおよび結像形態の測定／検査のような、他の処理を受けるかも知れない。この一連の処理は、デバイス、例えばＩＣの個々の層をパターン化するための基礎として使用する。そのようにパターン化した層は、次に、エッチング、イオン注入（ドーピング）、金属化処理、酸化処理、化学・機械的研磨等のような、全て個々の層の仕上げを意図した種々の処理を受けるかも知れない。もし、幾つかの層が必要ならば、全処理またはその変形を各新しい層に反復しなければならないだろう。結局、デバイスのアレイが基板（ウエハ）上にできる。次に、これらのデバイスをダイシングまたは鋸引のような手法によって互いから分離する。その後、個々のデバイスをキャリヤに取付け、ピンに接続し等できる。そのようなプロセスに関する更なる情報は、例えば、ピータ・バン・ザントの“マイクロチップの製作：半導体加工の実用ガイド”、第３版、マグロウヒル出版社、１９９７年、ＩＳＢＮ０−０７−０６７２５０−４という本から得ることができ、それを参考までにここに援用する。
【０００４】
このリソグラフィツールは、二つ以上の基板テーブル（および／または二つ以上のマスクテーブル）を有する型式でもよい。そのような“多段”装置では、追加のテーブルを並列に使ってもよく、または準備工程を一つ以上のテーブルで行い、一方他の一つ以上のテーブルを露出に使ってもよい。二段階リソグラフィツールは、例えば、ＵＳ５，９６９，４４１およびＷＯ９８／４０７９１に記載してあり、それらを参考までにここに援用する。
【０００５】
上に言及したリソグラフィマスクは、シリコンウエハ上に集積化すべき回路部品に対応する幾何学パターンを含む。そのようなマスクを作るために使用するパターンは、ＣＡＤ（コンピュータ援用設計）プログラムを利用して創成し、このプロセスを屡々ＥＤＡ（電子自動設計）と呼ぶ。大抵のＣＡＤプログラムは、機能的なマスクを作るために一組の所定のデザインルールに従う。これらのルールは、処理および設計限界によって設定してある。例えば、デザインルールは、回路素子（例えば、ゲート、コンデンサ等）または接続線間のスペース許容値を決め、これらの回路素子または線が好ましくない方法で互いに相互作用しないことを保証する。
【０００６】
勿論、集積回路製造に於ける目標の一つは、元の回路設計をウエハ上に（マスクを介して）忠実に複製することである。もう一つの目標は、半導体ウエハ財産を出来るだけ多く使用することである。しかし、集積回路のサイズが減少し、その密度が増加すると、その対応するマスクパターンのＣＤ（限界寸法）がこの光露出ツールの解像限界に近付く。露出ツールの解像度は、この露出ツールがウエハ上に繰返し露出できる最小形態と定義する。この露出装置の解像度値が屡々多くの最新式ＩＣ回路設計のＣＤを束縛する。
【０００７】
更に、マイクロプロセッサ速度、メモリ記憶密度および超小形部品の低電力消費に於ける絶えざる進歩がパターンを半導体デバイスの種々の層の上に転写し且つ形成するためのリソグラフィ技術の能力に直接関係する。現状の技術水準では、利用できる光源波長以下のＣＤの源のパターニングをすることが必要である。例えば、現在の２４８ｎｍの生産波長は、１００ｎｍ未満のＣＤのパターニングに押しやられる。この業界動向は、半導体の国際技術ロードマップ（ＩＴＲＳ２０００）に記載してあるように、次の５ないし１０年間続き、事によると加速するだろう。
【０００８】
フォトリソグラフィ装置の解像度／プリント性能を更に改善するために、現在フォトリソグラフィ界から付加的注目を受けている一つの技術をクロムレス位相リソグラフィ“ＣＰＬ”と呼ぶ。ＣＰＬは、全ての他の現在の位相シフトマスク（ＰＳＭ）に比べてレチクル上に画像を形成する方法を定義し直す新興技術である。ＣＰＬは、０（レチクルを透過する光なし）、＋１（透過率１００％、位相シフトなし）、および−１（透過率１００％、位相シフト１８０°）の三つの可能な状態を使ってレチクル上にパターンを作る際に完全な自由を可能にし、真の３値マスクをもたらす技術である。この自由度の付加で、与えられた設計によって形成した２値ターゲットデザインを如何に適当なマスクパターンに変換するかの難問が生ずる。実際、マスク設計者は、種々の技術を利用するマスク構造が、所望のパターンをウエハ上にプリントするように、全て許容できる方法で相互作用することを検証する必要がある。しかし、今日のマスクが複雑であるために、これは屡々長く、退屈で、困難な作業であることがある。
【０００９】
その上、現在のマスク設計プロセスは、マスク設計者の知識と経験に大きく依存する、試行錯誤に基づいて行う、実質的に手作業である。その結果、最終マスクの性能は勿論、適当なマスクを設計するために要する時間がマスク設計者の経験に大きく依存して変る。
【００１０】
従って、マスク設計者に基板上にターゲットパターンを複製するためのマスクデザインを与える、マスクを設計するための実質的に自動化したアプローチを提供する方法の必要がある。
【００１１】
【発明が解決しようとする課題】
前記の要求を解決する活動に於いて、本発明の一つの目的は、ターゲットパターンを複製するためのマスクデザインを与える、所望のターゲットパターンに基づいてマスクパターンを創成するための実質的に自動化したアプローチを提供することである。
更に具体的には、一実施例で、本発明は基板上にターゲットパターンをプリントする際に使用するためのマスクを創成する方法に関する。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
この方法は：（ａ）基板上にプリントすべき回路設計を表すターゲットパターンを決める工程；（ｂ）このターゲットパターンを０．５倍だけ縮尺することによって第１パターンを創成する工程；および（ｃ）このターゲットパターンとこの第１パターンを結合するブール演算を行うことによって第２パターンを創成する工程を含む。次にこの第２パターンを利用してこの基板上にターゲットパターンをプリントする。
【００１３】
【発明の実施の形態】
この本文では、ＩＣの製造に於けるこの発明の使用を具体的に参照してもよいが、この発明は、他の多くの可能な用途があることを明確に理解すべきである。例えば、それを集積光学システム、磁区メモリ用誘導検出パターン、液晶ディスプレイパネル、薄膜磁気ヘッド等の製造に使ってもよい。当業者は、そのような代替用途の関係では、この本文で使う“レチクル”、“ウエハ”または“ダイ”という用語のどれも、それぞれ、より一般的な用語“マスク”、“基板”および“目標部分”で置換えられると考えるべきであることが分るだろう。
【００１４】
本文書では、“放射線”および“ビーム”という用語を紫外放射線（例えば、３６５、２４８、１９３、１５７または１２６ｎｍの波長の）およびＥＵＶ（極紫外放射線、例えば、５〜２０ｎｍの範囲の波長を有する）を含むあらゆる種類の電磁放射線を包含するために使用する。
【００１５】
この本文で使うマスクという用語は、入射放射線ビームに、この基板の目標部分に創成すべきパターンに対応する、パターン化した断面を与えるために使うことができる一般的パターニング手段を指すと広く解釈すべきであり；“光バルブ”という用語もこのような関係で使うことができる。古典的マスク（透過性または反射性；２値、位相シフト、ハイブリッド等）の他に、そのようなパターニング手段の他の例には次のようなものがある；
ａ）プログラム可能ミラーアレイ。そのような装置の一例は、粘弾性制御層および反射面を有するマトリックスアドレス可能面である。そのような装置の背後の基本原理は、（例えば）この反射面のアドレス指定された領域が入射光を回折光として反射し、一方アドレス指定されない領域が入射光を未回折光として反射するということである。適当なフィルタを使って、上記未回折光を反射ビームから濾過して取除き、回折光だけを後に残すことができ；この様にして、このビームがマトリックスアドレス可能面のアドレス指定パターンに従ってパターン化されるようになる。必要なマトリックスアドレス指定は、適当な電子手段を使って行える。そのようなミラーアレイについての更なる情報は、例えば、米国特許ＵＳ５，２９６，８９１およびＵＳ５，５２３，１９３から集めることができ、それらを参考までにここに援用する。
ｂ）プログラム可能ＬＣＤアレイ。そのような構成の例は、米国特許ＵＳ５，２２９，８７２で与えられ、それを参考までにここに援用する。
【００１６】
【発明の効果】
本発明の方法は、従来技術に優る重要な利点をもたらす。例えば、前記の方法は、ターゲットパターンを複製するためのマスクデザインを創成するための自動的方法をもたらす。このマスクデザインは、与えられたターゲットデザインに対するこのマスクの性能を更に最適化するために、もし望むなら、マスク設計者が後に修正できることを注記する。しかし、重要なことは、ターゲットパターンを複製するために適した初期デザインを作るための自動的方法を提供することによって、過去にはマスク設計者が試行錯誤法によって行ったマスクデザイン活動のかなりの部分を今度はなくすることである。従って、マスクデザインに関する時間および努力が都合よく減少する。その上、本発明の方法によって作った初期マスクを最適化するために必要な技術レベルは完全なマスクを設計するために必要なものより低いので、上質のマスクを作るために高度に熟練したマスク設計者がもう必要ない。
【００１７】
もう一つの利点は、このプロセスが従来技術の手法を利用してマスクデザインを創成するときに必要な多数の試行錯誤工程を除去するので、本発明がマスクデザインを創成するために要する時間数のかなりの減少をもたらすことである。
【００１８】
本発明の付加的な利点は、当業者には以下の本発明の実施例の詳細な説明から明白となろう。
この発明それ自体は、更なる目的および利点と共に、以下の詳細な説明および添付の図面を参照することによってより良く理解できるだろう。
【００１９】
【実施例】
本発明の好適実施例は、ターゲットパターンを複製するためのマスクパターンを自動的に創成するためのプロセスに関係する。以下に更に詳しく説明するように、本発明の方法は、高密度の周期的パターン（例えば、ＤＲＡＭデザイン）を結像するときに特に有用である。更に、本発明の方法は、以下の説明に従って動作するようにプログラムした、標準ＣＡＤシステム（上に記したもののような）を利用して実行できることを注記する。
【００２０】
本発明に従ってマスクを創成する方法の詳細を議論する前に、本発明の背後の理論に関する簡単な議論をする。光リソグラフィでは、周期的パターンが光のコヒーレントビームで露出されたとき与えられた回折パターンを生ずることが知られている。この回折パターンは、光を周波数に直接関係する角度で回折する複雑なパターンの多くの空間周波数成分を備える、周期的パターンの空間周波数の直接の結果である。例えば、最も簡単な周期的構造体はライン・スペースパターンであろう。このパターンは、このライン・スペースパターンの方向（即ち、垂直、水平、水平から＋ｘ度、垂直から−ｙ度等）、ピッチ、およびデューティサイクル（即ち、スペースサイズに対するラインサイズの比）によって定義できる一つの空間周波数成分しか含まない。
【００２１】
このライン・スペースパターンによって作った回折パターンは、このライン・スペースパターンの方向に垂直な単一方向に沿い、且つ次の角度を成すだろう：
θ＝ｓｉｎ^-1｛（ｎ＊λ）／Ｐ_x｝
但し、図１に示すように、θは回折光の角度、ｎは回折次数、λは光の波長、およびＰはこのライン・スペースパターンのピッチである。図１を参照して、コンデンサレンズ１１が光源をレチクル１２上に集束する。与えられた例では等ライン：スペースパターンを示すこのレチクル１２は、多数の回折次数（ｍ）の光を発生し、その幾つかを投影レンズ１３が捕え、基板１４上に結像する。
【００２２】
周期的ライン・スペースパターンの第３成分は、デューティサイクルである。空間周波数成分のこのデューティサイクルが変るとき、結果はこれらの複数次回折での光の強度および分布の変化である。この事実は、それがこの空間周波数を倍加したパターンの回折次数内の強度を、このパターンをサイジングする（即ち、デューティサイクルを変える）ことによって制御できるようにするので重要である。その結果、パターンのデューティサイクルを制御することによって、周期的構造体に対するＣＰＬパターンを形成する際にもう一つの自由度がある。
【００２３】
空間周波数のこの概念を使って、ピッチＰ₁のパターンから生ずる＋２次回折の角度はピッチＰ₁／２のパターンから生ずる＋１次回折の角度と正確に等しいだろうことを示すことが出来る。パターンの空間周波数を倍加する（ピッチを２で割る）結果として次数回折が重複するというこの概念を本発明の方法が利用して、例えば、ＣＰＬ技術を使って、元の周期的パターンの解像度の向上をもたらす、マスクレチクルパターンを形成する。
【００２４】
上記のように、クロムレス位相リソグラフィは、レチクルを通過する光０（透過率０％）、＋１（透過率１００％、位相シフトなし）、および−１（透過率１００％、位相シフト１８０°）のパターンに基づいて画像を形成する。従って、所望の画像を達成するためにＣＰＬ技術を利用するとき、意図するパターン（またはデザイン）を、元のパターンとは殆ど似ていない、これらの成分の３値パターンに分解しなければならない。本発明は、密度の濃い周期的パターンを含む、種々のパターンに対してこの仕事を達成する方法を示す。
【００２５】
図２は、等ライン：スペース比を有するライン・スペースパターンの例を示す。この例示パターンを使って、本発明の方法が元のターゲットパターンに基づいて基板に結像するためのマスクレチクルを創成するために空間周波数倍加の前記概念を利用する方法を説明する。図２を参照して、このターゲットパターンは、ライン２３およびスペース２１を含み、それらの各々の幅は等しい（即ち、等ライン：スペース比）。しかし、もしこのパターンを結像するためにマスクを作り、このマスクが＋１領域（ラインに対応）と−１領域（スペースに対応）だけを含み、等ライン：スペース比であるなら、ウエハには像ができない。これも図２に示し、その参照数字２５が前記マスクの結像から生ずる空中像を示す。その上、もしこのマスクをラインおよびスペース形態に対して、それぞれ、＋１領域および０領域を使うように修正するならば、結果は単純な２値パターンで、解像度の向上はない。更に、＋１領域を−１領域に変え、０を変えずに残すことは、全く何の効果もなく；２値パターンのままである。この例は、所望のターゲットパターンに基づいて単純にマスクを創成することが結果としてウエハ上にこのターゲットパターンを複製／結像できるマスクにはならないので、マスクデザインの関連する難点を明確にする。
【００２６】
ラインを“０”領域として定義し、次に交互の一つおきのスペースを“＋１”領域および“−１”領域で定義することが可能であり、それが、図２に示すライン・スペースパターンをプリントするために、交互ＰＳＭを構成することを注記する。しかし、これは、マスク設計者が設計プロセスの最初の段階でマスクデザインをターゲットパターンから変えることが必要である。上記のように、そのような設計プロセスでは、プリントすべきパターンがより複雑になるので、マスク設計者の知識および能力がこのプロセスで益々重要な要因になる。
【００２７】
それに反して、本発明の方法は、ターゲットパターンの系統的操作によって所望のターゲットパターンをプリントするのに適したマスクの創成を可能にする。このプロセスの第１工程は、ターゲットパターンの空間周波数を倍加して第２パターンを作ることを必要とする。これは、ターゲットパターンをその元のサイズの１／２に縮尺することによって達成する。例えば、もしターゲットパターンが２００ｎｍのピッチ（即ち、各ラインおよびスペースの幅が１００ｎｍ）を示したならば、このターゲットパターンと第２パターンの間の唯一の差は、この第２パターンが１００ｎｍのピッチ（即ち、各ラインおよびスペースの幅が５０ｎｍ）を示すことである。
【００２８】
この第１工程は、ターゲットパターンに含まれるあらゆる周期的構造体の空間周波数成分を、このターゲットパターンの複雑さに関係なく、全て倍加する機能をする。等ライン・スペースパターンを利用する前記の例で、パターンを５０％だけ縮尺することは、単純にピッチを半分に変えるが、このライン・スペースパターンのデューティサイクルまたは方向には何の影響もない。その結果、この縮尺したパターンの１次回折がターゲットパターンの２次回折に重なり、この縮尺したパターンの２次回折がターゲットパターンの４次回折に重なり、および縮尺したパターンの３次回折がターゲットパターンの６次回折に重なる等々。以下に説明するように、このプロセスの第２工程では、この縮尺したパターンをターゲットパターンと併合して、基板上にこのターゲットパターンを結像するために利用できるマスクパターン（例えば、＋１および−１のＣＰＬパターン（クロムレス）または０、＋１および−１のＣＰＬパターン（３値））を形成する。
【００２９】
上記のように、このプロセスの第２工程では、縮尺したパターン（即ち、空間周波数を倍加したパターン）を元のパターンと併合して、基板上にこのターゲットパターンを結像するために利用できる第３パターンを創成する。以下に詳述するように、パターンを併合する方法は、ターゲットパターンの明視野を利用するか暗視野を利用するかのような、種々の要因に依存している。しかし、主な目標は、ターゲットパターンと縮尺したパターンを、空間周波数倍加パターンにターゲットパターンの暗部になるものを現させ（または修正させ）るように、併合することである。コンタクトの例の場合、この併合で変化するのは（コンタクトホール自体ではなく）素地である。何故なら、それがこのパターンの暗部であるからである。ライン・スペースの例では、暗くなるのが空間周波数倍加成分を有するラインである。これは、クロムレスデザインと３値デザインの両方に真である。
【００３０】
空間周波数倍加パターンを元のパターンに併合することは、このパターンに含まれる元の空間周波数を強化することは勿論、元のパターンに高次周波数を導入する結果となり、それはこれらの空間周波数が空間周波数倍加パターンの中にもあるからである。ターゲットパターンの元の空間周波数のこの強化は、ターゲットパターンの結像性能を改善する結果となる。実際、以下に示すように、最初基板上に結像できなかったターゲットパターンを、一旦上記のプロセスに掛けると、結像することができる。
【００３１】
上記のプロセスを図２および図３に示す例によって説明する。この例では、図２に示すように、プリントすべきターゲットパターンが、プリントすべきパターンとして＋１領域２３（透過率１００％、位相シフトゼロ）およびフィールドとして−１領域２１（透過率１００％、位相シフト１８０°）を有するＣＰＬパターンである。しかし、上に説明したように、このターゲットパターンから直接マスクレチクルを作ることは、ウエハ上にこのターゲットパターンを結像する結果にはならないだろう。参照数字２５は、図２に示すターゲットパターンに対応するマスクレチクルを利用して基板に結像するときに得た模擬空中像を示す。図示のように、得た空中像は単に背景光であり、変調がなく、従って結像しない。このパターンはゼロ次のエネルギーをゼロに等しくするので、このパターンに結像が起らないことを注記する。このパターンを結像するためには、ゼロ次および＋１次または−１次が必要である。
【００３２】
図３は、本発明に従って作ったマスクおよびこのマスクを基板上に結像して得た結果を示す。更に具体的には、図２の例を続けると、上記のように、このターゲットパターンは、プリントすべき＋１領域２３およびフィールドとしての−１領域２１を有するＣＰＬパターンである。第１工程で、このターゲットパターンを０．５倍だけ縮尺し、同じ等ライン：スペース構成を有するが、ピッチを０．５倍だけ縮小した（例えば、１００ｎｍラインが全て縮尺したパターンでは５０ｎｍラインである）パターンを作るようにする。次にこの縮尺したパターンを元のターゲットパターンと結合する。現在の例では、このターゲットパターンと縮尺したパターンを論理“和”のブール関数を利用して結合する。このブール論理和関数の実行は、本質的に縮尺したパターンをターゲットパターン上に載せることを要し、そうすれば、＋１領域がプリントすべきターゲットパターンの明領域を形成するので、−１領域上に＋１領域が存在するところはどこでも、この組合わせたマスクパターンが＋１領域を含む。この組合わせたマスクパターンを示す図３を参照すると、この出来たマスクパターンに、各−１領域に配置した、ターゲットパターンの元のラインの幅の１／２の＋１領域２３がある。更にこれらのパターンを組合わせる前に、幅の狭い＋１領域２３が−１領域２１の中央にあるように、この縮尺したパターンをターゲットパターンに対して配置するのが好ましいことを注記する。図３は、この組合わせたパターンを結像することによって得た結像結果も示す。図示のように、図３の組合わせたマスクを利用して得た空中像は、このターゲットパターンに含まれる形態２７の結像を可能にする。
【００３３】
図４は、図３のマスクと同じ結果を得るマスクを示す。図４に示すマスクは、縮尺したパターンを図２の例のターゲットパターンから引くことによって得ることができる。更に具体的には、縮尺したパターンをターゲットパターンから引くときに、結果は＋１領域２３が−１領域２１より少なく、それで像が反転するだろう（＋１領域が暗く、−１領域が明るいだろう）。実際行う作業は、再びターゲットパターンと縮尺したパターンを互いに重ね、すると−１領域上に＋１領域が存在するところはどこでも、この引算プロセスはこれらの領域が−１領域になる結果を生ずる。図４は、これらのパターンを互いから引く結果および図４のパターンを有するマスクを利用して基板に結像することによって得た空中像を示す。図示のように、図３のマスクと同じ結果を得る。両方の場合とも、画像が像なしから所望のライン・スペースパターンへ変換されている。
【００３４】
本発明の方法を、上に説明したようにマスクに３種類の領域、即ち、＋１領域、−１領域および０領域（透過率ゼロ）を含む３値ＣＰＬレチクルデザインを創成するために利用することも可能である。そのような３値ＣＰＬマスクを創成するために行うプロセスは、クロム領域５３が縮尺したパターンの＋１領域か−１領域に置き換わることを除いて、図３および図４に示すマスクを得るために行ったものと本質的に同じである。
【００３５】
更に具体的には、図２の例同様、ターゲットパターンは、プリントすべき＋１領域５９およびフィールドとしての−１領域５７を有するパターンである。第１工程で、このターゲットパターンを０．５倍だけ縮尺し、同じ等ライン：スペース構成を有するが、ピッチを０．５倍だけ縮小した（例えば、１００ｎｍラインが全て縮尺したパターンでは５０ｎｍラインである）パターンを作るようにする。次にこの縮尺したパターンを元のパターンと結合する。現在の例では、このターゲットパターンと縮尺したパターンを“排他的論理和”のブール関数を利用して結合する。このブール排他的論理和関数の実行は、本質的に縮尺したパターンをターゲットパターン上に載せることを要し、そうすれば、−１領域５５上にクロム領域５３が存在するところはどこでも、クロム領域５７が最終マスクパターンに残っている。しかし、クロム領域５３が＋１領域５１に重なるところはどこでも、このクロム領域５３が除去される。この排他的論理和関数の結果を図５に示す。図示のように、この組合わせたマスクパターンは、各−１領域５５に配置した、ターゲットパターンの元のラインの幅の１／２のクロム領域５３を含む。これらのパターンを組合わせる前に、幅の狭いクロム領域５３が−１領域５５の中央にあるように、この縮尺したパターンをターゲットパターンに対して配置するのが好ましいことを再び注記する。やはり図５に示すように、図５の組合わせたマスクを利用して得た空中像は、このターゲットパターンに含まれる形態５９の結像を可能にする。
【００３６】
図６は、図５で得たのと同じ結果を、縮尺したパターンの間に、上に図５に関連して説明した方法でのクロム形態５３の使用を取入れるブール“論理積”関数を実行することによって得ることができることを示す。更に具体的には、この“論理積”関数を実行するとき、この組合わせたマスクパターンは、各＋１領域５１に配置した、ターゲットパターンの元のラインの幅の１／２のクロム領域５３を含む。図５の例同様、これらのパターンを組合わせる前に、幅の狭いクロム領域５３が＋１領域５１の中央にあるように、この縮尺したパターンをターゲットパターンに対して配置するのが好ましい。図６の組合わせたマスクを利用して得た空中像も、図６に示すように、このターゲットパターンに含まれる形態５９の結像を可能にする。
【００３７】
上記の例は、ターゲットパターンを複製するためのマスクデザイン（即ち、組合わせたマスク）を創成するために、実質的に自動化したプロセスでそのターゲットパターンを利用できる方法を説明する。本発明は、等ライン：スペース比を有するパターンに関連して説明したが、そのようには限定されない。実際に、本発明を複合パターンデザインに関連して利用することが出来る。
【００３８】
もう一つの例として、図７ａは、プリントすべきコンタクトホール７１およびフィールド７２を含む、コンタクトホール・アレイから成る例示ターゲットパターンを示す。図７ｂは、例えば、コンタクトホール７１を表すために＋１領域およびフィールド７２を表すために−１領域を利用して設計したターゲットパターンを具体化するマスクを利用して基板に結像した結果を示す。図７ｂに示すように、この出来た像は、所望のターゲットパターンと全く違う。
【００３９】
しかし、本発明の方法を利用することによって、図７ａのターゲットパターンを結像できるマスクパターンを創成することが可能である。上に述べたように、このプロセスの第１工程は、このターゲットパターンの空間周波数倍加パターンを作るように、このターゲットパターンを０．５倍だけ縮尺することである。この縮尺したパターンを元のパターンに重ねて図８に示す。図８を参照して、この元のパターンを素子７１および７２によって表し、空間周波数倍加パターンを素子７５によって表す。次の工程は、この縮尺したパターンと元のパターンを結合することを必要とする。これは、図３に関連して上に議論したのと同じ方法で達成する。具体的には、縮尺したパターンとターゲットパターンを一緒に“論理和”演算する。従って、図７ａに示す元のコンタクトホール７１および図８に示すコンタクトホール７５が存在するところはどこでも、この組合わせたマスクに＋１領域ができる。組合わせたマスクである結果を図９ａに示す。この組合わせたマスクを利用してウエハに結像した結果を図９ｂに示す。図９ｂの空中像に示すように、この組合わせたマスクは、ターゲットパターンを結像することができる。図１０は、図９ｂのシミュレーションから得たプロセスウインドウを示す。
【００４０】
前記の例で、縮尺したパターンとターゲットパターンを結合するために実行したブール関数は、それが暗視野マスクであり且つ目標がクロムレス・マスクデザインを得ることであったので、“論理和”関数であった。その代りに、もし明視野マスクを利用し且つ目標がクロムレス・マスクデザインのままであったならば、元のターゲットパターンから縮尺したパターンを引くことによって組合わせたマスクを得たであろうことを注記する。
【００４１】
複合パターンを図５および図６に示す例に関連して上に説明したのと同じ方法で処理するとき、組合わせたマスクにクロムを加えることも可能である。一般的に、暗視野マスクを利用するときは、クロム形態を背景に加えることが望ましく、明視野の場合は、クロムをプリントすべき形態に加えるべきである。図１１ａは、クロムを利用する（即ち、３値マスクデザイン）、図７ａのコンタクトホール・パターンをパターン化するための組合わせたマスクを示す。図示のように、このマスクは、＋１領域１１１、クロム領域１１２および−１領域１１３を含む。図１１ｂは、図１１ａのマスクの結像から生ずる空中像を示す。図示のように、このマスクは、ターゲットパターンを正確に複製する。図１２は、図１１ｂのシミュレーションから得たプロセスウインドウを示す。
【００４２】
設計者が制御できるもう一つの自由度は、空間周波数倍加パターンを元のパターンに対して置く場所である。これは、より製造に適するパターンを創成するために非常に有用であることがある。図９ａと異なり、図１３ａは、空間周波数倍加パターン（図９ａのマスクを作るために利用した）をｘ方向に水平ピッチの１／４だけシフトしたときに出来たマスクパターンを示す。この状態のシフトは、出来た形状寸法（即ち、パターン）が大きく且つ小さい形態の数を減らすかも知れないので、レチクル製造制約に遥かに資するパターンを生ずる。図１３ｂは、図１３ａのマスクの結像から生ずる空中像を示す。
【００４３】
勿論、マスクパターンを作る前記の方法の変形も可能である。例えば、縮尺したパターンを創成するとき、縮尺したパターンのラインがスペースよりわずかに広いように、またはその逆になるように、元のターゲットの等ライン：スペース寸法を変えることが可能である。縮尺したパターンのそのような“サイジング”は、回折次数の最適バランスを得るために機能することがある（即ち、結像を改善するために必要に応じてゼロ次のエネルギーの量を増減することが可能である）。
【００４４】
本発明のマスク創成プロセスのもう一つの変形は、縮尺したパターンをターゲットパターンと結合する前に、ターゲットパターンの周波数成分を２回倍加して縮尺したパターンを作ることである。図１４は、図７ａのコンタクトホール・パターンの２倍および４倍にした成分から得た＋１領域１４１および−１領域１４２を有するＣＰＬデザインの像を含む。しかし、そのような高空間周波数のパターンを使うとき、結果は遥かに複雑なパターンで、現在のレチクル製造技術で製造できないかも知れないものである。しかし、原理上、このパターンは、空間周波数成分および複製されたもの全てを倍加する度毎に、元の所望の周期的パターンをプリントするＣＰＬデザインを作る方法で、繰返し５０％だけ縮尺され得る。
【００４５】
図１５は、この発明を使って設計したマスクを使うのに適したリソグラフィ投影装置を概略的に描く。この装置は：
− 放射線の投影ビームＰＢを供給するための、この特別の場合放射線源ＬＡも含む、放射線システムＥｘ、ＩＬ；
− マスクＭＡ（例えば、レチクル）を保持するための、およびこのマスクを部材ＰＬに関して正確に位置決めするために第１位置決め手段に結合された第１物体テーブル（マスクテーブル）ＭＴ；
− 基板Ｗ（例えば、レジストを塗被したシリコンウエハ）を保持するための、およびこの基板を部材ＰＬに関して正確に位置決めするために第２位置決め手段に結合された第２物体テーブル（基板テーブル）ＷＴ；
− マスクＭＡの被照射部分を基板Ｗの目標部分Ｃ（例えば、一つ以上のダイを含む）上に結像するための投影システム（“レンズ”）ＰＬ（例えば、屈折性、反射性または反射屈折性の光学システム）を含む。
【００４６】
ここに描くように、この装置は、透過型である（即ち、透過性のマスクを有する）。しかし、一般的に、それは、例えば、（反射性のマスクを備える）反射型でもよい。その代りに、この装置は、マスクを使う代りとしてもう一種類のパターニング手段をつかってもよく；その例にはプログラム可能ミラーアレイまたはＬＣＤマトリックスがある。
【００４７】
この線源ＬＡ（例えば、水銀灯、エキシマレーザまたはプラズマ放電源）は、放射線のビームを作る。このビームを直接か、または、例えば、ビーム拡大器Ｅｘのような、状態調節手段を通してから、照明システム（照明器）ＩＬの中へ送る。この照明器ＩＬは、このビームの強度分布の外側および／または内側半径方向範囲（普通、それぞれ、σ外側および／またはσ内側と呼ぶ）を設定するための調整手段ＡＭを含んでもよい。その上、それは、一般的に、積分器ＩＮおよびコンデンサＣＯのような、種々の他の部品を含む。この様にして、マスクＭＡに入射するビームＰＢは、その断面に所望の均一性および強度分布を有する。
【００４８】
図１５に関して、線源ＬＡは、（この線源ＬＡが、例えば、水銀灯である場合によくあることだが）このリソグラフィ投影装置のハウジング内にあってもよいが、このリソグラフィ投影装置から遠く離れていて、それが作った放射線ビームをこの装置に（例えば、適当な指向ミラーを使って）導いてもよいことに注目すべきで；この後者のシナリオは、線源ＬＡがエキシマレーザ（例えば、ＫｒＦ、ＡｒＦまたはＦ₂レージングに基づく）である場合によくあることである。本発明は、これらのシナリオの両方を包含する。
【００４９】
ビームＰＢは、次に、マスクテーブルＭＴ上に保持されたマスクＭＡを横切る。マスクＭＡを縦断してから、ビームＰＢは、レンズＰＬを通過し、それがこのビームＰＢを基板Ｗの目標部分Ｃ上に集束する。第２位置決め手段（および干渉計測定手段ＩＦ）を使って、基板テーブルＷＴを、例えば、異なる目標部分ＣをビームＰＢの経路に配置するように、正確に動かすことができる。同様に、例えば、マスクＭＡをマスクライブラリから機械的に検索してから、または走査中に、第１位置決め手段を使ってマスクＭＡをビームＰＢの経路に関して正確に配置することができる。一般的に、物体テーブルＭＴ、ＷＴの移動は、長ストロークモジュール（粗位置決め）および短ストロークモジュール（微細位置決め）を使って実現するが、それらは図１５には明示しない。しかし、ウエハステッパの場合は（ステップアンドスキャンツール置と違って）、マスクテーブルＭＴを短ストロークアクチュエータに結合するだけでもよく、または固定してもよい。
【００５０】
図示するツールは、二つの異なるモードで使うことができる：
− ステップモードでは、マスクテーブルＭＴを本質的に固定して保持し、全マスク像を目標部分Ｃ上に一度に（即ち、単一“フラッシュ”で）投影する。次に基板テーブルＷＴをｘおよび／またはｙ方向にシフトして異なる目標部分ＣをビームＰＢで照射できるようにする；
− 走査モードでは、与えられた目標部分Ｃを単一“フラッシュ”では露出しないことを除いて、本質的に同じシナリオを適用する。その代りに、マスクテーブルＭＴが与えられた方向（所謂“走査方向”、例えば、ｙ方向）に速度νで動き得て、それで投影ビームＰＢがマスク像の上を走査させられ；同時に、基板テーブルＷＴがそれと共に同じまたは反対方向に速度Ｖ＝Ｍνで動かされ、このＭはレンズＰＬの倍率（典型的には、Ｍ＝１／４または１／５）である。この様にして、比較的大きい目標部分Ｃを、解像度について妥協する必要なく、露出できる。
【００５１】
上記のように、本発明は、従来技術に優る重要な利点をもたらす。最も重要なことは、初期マスクデザインを作るための自動的方法を提供することによって、過去にはマスク設計者が試行錯誤法によって行ったマスクデザイン活動のかなりの部分を今度はなくすることである。従って、マスクデザインに関する時間および努力が都合よく減少する。その上、本発明の方法によって作った初期マスクを最適化するために必要な技術レベルは完全なマスクを設計するために必要なものより低いので、上質のマスクを作るために高度に熟練したマスク設計者がもう必要ない。
【００５２】
本発明のある特定の実施例を開示したが、本発明はその精神または本質的特性から逸脱することなく、他の形で実施してもよいことを注記する。従って、本実施例は、全ての点で例示であり、限定と考えるべきでなく、この発明の範囲は、前記請求項によって示し、従って、請求項の均等物の意味および範囲内に入る全ての変更は、それに包含する意図である。
【図面の簡単な説明】
【図１】等ライン：スペースパターンを有するマスクレチクルを利用して創成した例示回折パターンを示す。
【図２】等ライン：スペース比を有する例示ターゲットライン・スペースパターンを示す。
【図３】本発明に従って作った例示マスクおよびこのマスクを結像して得た結果を示す。
【図４】本発明に従って作ったもう一つの例示マスクおよびこのマスクを結像して得た結果を示す。
【図５】クロムを使用することを含むために修正した図３の例示マスクおよびこのマスクを結像して得た結果を示す。
【図６】クロムを使用することを含むために修正した図４の例示マスクおよびこのマスクを結像して得た結果を示す。
【図７ａ】複合コンタクトホール・パターンを示す。
【図７ｂ】図７ａのパターンから直接作ったマスクレチクルでこのパターンを結像して得た結果を示す。
【図８】図７ａのターゲットコンタクトホール・パターンの上に重ねた、このターゲットコンタクトホール・パターンに対応する、本発明に従って創成した空間周波数倍加パターンを示す。
【図９ａ】図８に示す空間周波数倍加パターンに対応する、本発明に従って創成した組合せたパターンを示す。
【図９ｂ】図９ａの組合せたパターンを結像して得た結果を示す。
【図１０】図９ａのマスクデザインに対する対応露出・線量ラチチュードを示す。
【図１１ａ】クロムを利用する、図７ａのコンタクトホール・パターンをパターン化するための組合わせたマスクを示す。
【図１１ｂ】図１１ａのマスクの結像から生ずる空中像を示す。
【図１２】図１１ａのマスクデザインに対する対応露出・線量ラチチュードを示す。
【図１３ａ】図９ａのマスクを作るために利用した空間周波数倍加パターンをｘ方向に水平ピッチの１／４だけシフトしたときに出来たマスクパターンを示す。
【図１３ｂ】図１３ａのマスクの結像から生ずる空中像を示す。
【図１４】図７ａのコンタクトホール・パターンの２倍および４倍にした成分から得たＣＰＬマスクデザインの像を示す。
【図１５】本発明を使って設計したマスクを使うのに適したリソグラフィ投影装置を概略的に描く。
【符号の説明】
１２マスク
１４基板

Claims

結像システムに使うためのクロムレス位相シフトマスク（１２）を創成する方法であって、
（ａ）基板（１４）上にプリントすべき回路設計を表すターゲットパターンを決める工程、
（ｂ）前記ターゲットパターンを１未満倍だけ縮尺することによって第１パターンを創成する工程、および
（ｃ）前記ターゲットパターンと前記第１パターンを結合するブール演算を行うことによって第２パターンを創成する工程、を含み、
前記第１パターンが該第１パターンの創成に使用される前記ターゲットパターンにおける前記第１パターンと同じパターン部分と結合されている方法。
請求項１に記載された方法において、前記ターゲットパターンを０．５倍だけ縮尺して前記第１パターンを創成する方法。
請求項２に記載された方法において、前記ターゲットパターンが空間周波数成分を有し、および前記第１パターンが前記ターゲットパターンの空間周波数成分の２倍である空間周波数成分を有する方法。
請求項１に記載された方法において、前記ターゲットパターンが複数のラインおよびスペースを有するライン・スペースパターンであり、前記ラインおよび前記スペースの各々が同等の幅寸法を有する方法。
請求項１に記載された方法において、前記第２パターンが前記ターゲットパターンをプリントするためのマスクパターンを表す方法。
基板（１４）上にターゲットパターンをプリントする際に使用するためのクロムレス位相シフトマスク（１２）を創成する装置であって、
基板（１４）上にプリントすべき回路設計を表すターゲットパターンを決めるための手段、
前記ターゲットパターンを１未満倍だけ縮尺することによって第１パターンを創成するための手段、および
前記ターゲットパターンと前記第１パターンを結合するブール演算を行うことによって第２パターンを創成するための手段、を含み、
前記第１パターンが該第１パターンを創成するのに使用される前記ターゲットパターンにおける前記第１パターンと同じパターン部分に結合される装置。
請求項６に記載された装置において、前記ターゲットパターンを０．５倍だけ縮尺して前記第１パターンを創成する装置。
請求項７に記載された装置において、前記ターゲットパターンが空間周波数成分を有し、および前記第１パターンが前記ターゲットパターンの空間周波数成分の２倍である空間周波数成分を有する装置。
請求項６に記載された装置において、前記ターゲットパターンが複数のラインおよびスペースを有するライン・スペースパターンであり、前記ラインおよび前記スペースの各々が同等の幅寸法を有する装置。
請求項６に記載された装置において、前記第２パターンが前記ターゲットパターンをプリントするためのマスクパターンを表す装置。
コンピュータが読取り可能な記録媒体、コンピュータにリソグラフィ結像プロセスで使用するためのクロムレス位相シフトマスク（１２）に対応する少なくとも一つのファイルを創成するように指示するために、記録媒体上に記録された手段を含むコンピュータを制御するためのコンピュータプログラムであって、前記ファイルの前記創成が、
（ａ）基板（１４）上にプリントすべき回路設計を表すターゲットパターンを決める工程、
（ｂ）前記ターゲットパターンを１未満倍だけ縮尺することによって第１パターンを創成する工程、および
（ｃ）前記ターゲットパターンと前記第１パターンを結合するブール演算を行うことによって第２パターンを創成する工程、を含み、
前記第１パターンが該第１パターンを創成するのに使用される前記ターゲットパターンにおける前記第１パターンと同じパターン部分に結合されるコンピュータプログラム。
請求項１１に記載されたコンピュータプログラムにおいて、前記ターゲットパターンを０．５倍だけ縮尺して前記第１パターンを創成するコンピュータプログラム。
請求項１２に記載されたコンピュータプログラムにおいて、前記ターゲットパターンが空間周波数成分を有し、そして、前記第１パターンが前記ターゲットパターンの空間周波数成分の２倍である空間周波数成分を有するコンピュータプログラム。
請求項１１のコンピュータプログラムに於いて、前記ターゲットパターンが複数のラインおよびスペースを有するライン・スペースパターンであり、前記ラインおよび前記スペースの各々が同等の幅寸法を有するコンピュータプログラム。
請求項１１に記載されたコンピュータプログラムにおいて、前記第２パターンが前記ターゲットパターンをプリントするためのマスクパターンを表すコンピュータプログラム。
請求項３に記載された方法において、前記第２パターンが前記ターゲットパターンの空間周波数成分よりも高い空間周波数成分を有する方法。
請求項８に記載された装置において、前記第２パターンが前記ターゲットパターンの空間周波数成分より高い空間周波数成分を有する装置。
請求項１３に記載されたプログラムにおいて、前記第２パターンが前記ターゲットパターンの空間周波数成分よりも高い空間周波数成分を有するコンピュータプログラム。