(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
光リソグラフィ装置であって、
第１の軸に関して等距離且つ鏡像関係にあり、本質的に同一の第１の面積及び選択された光の波長に対する本質的に同一の第１の光学密度を有する、第１の開口部及び第２の開口部と、
第２の軸に関して等距離且つ鏡像関係にあり、本質的に同一の第２の面積及び前記選択された光の波長に対する本質的に同一の第２の光学密度を有する、第３の開口部及び第４の開口部と
を備える非対称補完型双極子素子を備え、
前記第１の軸は前記第２の軸に対して垂直であり、前記第１の光学密度は前記第２の光学密度とは異なり、
前記非対称補完型双極子素子は、透明基板の表面に設けられた不透明層を含み、前記第１の開口部及び前記第２の開口部は、それぞれ前記不透明層を貫通する対応する開口を含み、前記第３の開口部及び前記第４の開口部は、それぞれ前記不透明層の表面から前記透明基板の表面に至る途中までの対応する開口を含む、装置。
【請求項２】
前記第１の開口部及び前記第２の開口部はほぼ弓形形状を有し、前記第３の開口部及び前記第４の開口部はほぼ弓形形状を有し、
前記第１の軸と前記第２の軸との交点によって中心点が定められ、
前記第１の開口部及び前記第２の開口部は、第１の辺及び第２の辺において第１の円弧長を有する同心円弧によって定められ、第３の辺及び第４の辺においては前記中心点からの第１の距離から第２の距離まで延びる半径方向長さを有する非平行線によって定められ、前記第２の距離は前記第１の距離よりも大きく、
前記第３の開口部及び前記第４の開口部は、第１の辺及び第２の辺において第２の円弧長を有する同心円弧によって定められ、第３の辺及び第４の辺においては前記中心点からの第３の距離から第４の距離まで延びる半径方向長さを有する非平行線によって定められ、前記第４の距離は前記第３の距離よりも大きい、請求項１に記載の装置。
【請求項３】
前記第１の円弧長は前記第２の円弧長より長い、請求項２に記載の装置。
【請求項４】
前記第１の円弧長は４５°と１２０°の間にあり、前記第２の円弧長は２０°と５０°の間にある、請求項２に記載の装置。
【請求項５】
前記第１の面積は前記第２の面積より広い、請求項１に記載の装置。
【請求項６】
前記第１の光学密度は０．１未満であり、前記第２の光学密度は０．２と０．９の間にある、請求項１に記載の装置。
【請求項７】
前記第１の光学密度は０であり、前記第２の光学密度は０．２と０．９との間にある、請求項１に記載の装置。
【請求項８】
フォトレジスト層上に光パターンを与える方法であって、
非対称補完型双極子素子の開口部を通して、選択された波長の光を通過させるステップを備え、
前記非対称補完型双極子素子は、
第１の軸に関して等距離且つ鏡像関係にあり、本質的に同一の第１の面積及び前記選択された光の波長に対する本質的に同一の第１の光学密度を有する、第１の開口部及び第２の開口部と、
第２の軸に関して等距離且つ鏡像関係にあり、本質的に同一の第２の面積及び前記選択された光の波長に対する本質的に同一の第２の光学密度を有する、第３の開口部及び第４の開口部と、を備え、
前記第１の軸は前記第２の軸に対して垂直であり、前記第１の光学密度は前記第２の光密度とは異なり、さらに
前記非対称補完型双極子素子を通して前記光を前記通過させるステップの後で、パターン形成されたフォトマスクを通して前記光を通過させるステップと、
前記パターン形成されたフォトマスクを通して前記光を前記通過させるステップの後で、  前記フォトレジスト層上に前記光を投射するステップと、
前記フォトレジスト層上に前記光を投射するステップの後で、付加的な非対称補完型双極子素子の開口部を通して、前記選択された波長の光を通過させるステップと、
前記付加的な非対称補完型双極子素子を通して前記光を前記通過させるステップの後で、付加的なパターン形成されたフォトマスクを通して、前記光を通過させるステップと、
前記付加的なパターン形成されたフォトマスクを通して前記光を前記通過させるステップの後で、前記フォトレジスト層上に前記光を投射するステップと、を含み、
前記付加的な非対称補完型双極子素子は、
第３の軸に関して等距離且つ鏡像関係にあり、本質的に同一の第３の面積及び前記選択された光の波長に対する本質的に同一の第３の光学密度を有する、第５の開口部及び第６の開口部と、
第４の軸に関して等距離且つ鏡像関係にあり、本質的に同一の第４の面積及び前記選択された光の波長に対する本質的に同一の第４の光学密度を有する、第７の開口部及び第８の開口部と、を備え、
前記第３の軸は前記第４の軸に対して垂直であり、前記第３の軸は前記第２の軸と同一の広がりを有し、前記第４の軸は前記第１の軸と同一の広がりを有し、前記第３の光学密度は前記第４の光密度とは異なる、方法。
【請求項９】
前記第１の開口部及び前記第２の開口部を通過する前記光は、第１の強度で出て行き、前記第３の素子及び前記第４の素子を通過する前記光は、第２の強度で出て行き、前記第１の強度は前記第２の強度より大きい、請求項８に記載の方法。
【請求項１０】
前記第１の開口部及び前記第２の開口部はほぼ弓形形状を有し、前記第３の開口部及び前記第４の開口部はほぼ弓形形状を有し、
前記第１の軸と前記第２の軸との交点によって中心点が定められ、
前記第１の開口部及び前記第２の開口部は、第１の辺及び第２の辺において第１の円弧長を有する同心円弧によって定められ、第３の辺及び第４の辺においては前記中心点からの第１の距離から第２の距離まで延びる半径方向長さを有する非平行線によって定められ、前記第２の距離は前記第１の距離よりも大きく、
前記第３の開口部及び前記第４の開口部は、第１の辺及び第２の辺において第２の円弧長を有する同心円弧によって定められ、第３の辺及び第４の辺においては前記中心点からの第３の距離から第４の距離まで延びる半径方向長さを有する非平行線によって定められ、前記第４の距離は前記第３の距離よりも大きい、請求項９に記載の方法。
【請求項１１】
前記第１の円弧長は前記第２の円弧長より長い、請求項１０に記載の方法。
【請求項１２】
前記第１の開口部及び前記第２の開口部はほぼ弓形形状を有し、前記第３の開口部及び前記第４の開口部はほぼ弓形形状を有し、
前記第１の軸と前記第２の軸との交点によって中心点が定められ、
前記第１の開口部及び前記第２の開口部は、第１の辺及び第２の辺において第１の円弧長を有する同心円弧によって定められ、第３の辺及び第４の辺においては前記中心点からの第１の距離から第２の距離まで延びる半径方向長さを有する非平行線によって定められ、  前記第２の距離は前記第１の距離よりも大きく、
前記第３の開口部及び前記第４の開口部は、第１の辺及び第２の辺において第２の円弧長を有する同心円弧によって定められ、第３の辺及び第４の辺においては前記中心点からの第３の距離から第４の距離まで延びる半径方向長さを有する非平行線によって定められ、前記第４の距離は前記第３の距離よりも大きく、
前記第５の開口部及び前記第６の開口部はほぼ弓形形状を有し、前記第７の開口部及び前記第８の開口部はほぼ弓形形状を有し、
前記第５の開口部及び前記第６の開口部は、第１の辺及び第２の辺において第３の円弧長を有する同心円弧によって定められ、第３の辺及び第４の辺においては前記中心点からの第５の距離から第６の距離まで延びる半径方向長さを有する非平行線によって定められ、前記第６の距離は前記第５の距離よりも大きく、
前記第７の開口部及び前記第８の開口部は、第１の辺及び第２の辺において第４の円弧長を有する同心円弧によって定められ、第３の辺及び第４の辺においては前記中心点からの第７の距離から第８の距離まで延びる半径方向長さを有する非平行線によって定められ、前記第８の距離は前記第７の距離よりも大きい、請求項８に記載の方法。
【請求項１３】
前記第１の円弧長は前記第２の円弧長より長く、前記第３の円弧長は前記第４の円弧長より長い、請求項１２に記載の方法。
【請求項１４】
フォトレジスト層上に、第１及び第２の強度を有する光パターンを与えるための装置であって、
光源とフォトマスクの間に位置合わせされた、請求項１乃至請求項７のいずれか１項に記載の非対称補完型双極子素子を備え、
前記フォトマスクは前記非対称補完型双極子素子と前記フォトレジスト層の間に位置合わせされる、装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、一般に、集積回路製造分野に関し、より具体的には、集積回路の形成中に光フォトリソグラフィを最適化するための装置、該装置の設計方法、該装置を用いるツール、及び、該装置の使用方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
最先端の集積回路技術は、光フォトリソグラフィをその理論的な解像度限界付近で機能させることを必要とする。これを達成するために多くの方法が提唱されているが、それらは印刷画像の幅に対する長さの比が非常に高くない限り、厳格な画像サイズ制御の目的を達成できず、また、同一の露光フィールドにおいて最小寸法を有する画像と最小寸法よりも著しく大きい寸法を有する画像とが混在するときにはさらに疑わしいものとなる。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
従って、当該技術分野には、上述の欠陥及び限界を軽減又は除去する必要性が存在する。
【課題を解決するための手段】
【０００４】
本発明の第１の態様は、非対称補完型双極子素子を備える光リソグラフィ装置であって、非対称補完型双極子素子は、第１の軸に関して等距離且つ鏡像関係にあり、本質的に同一の第１の面積及び選択された光の波長に対する本質的に同一の第１の光学密度を有する、第１の開口部及び第２の開口部と、第２の軸に関して等距離且つ鏡像関係にあり、本質的に同一の第２の面積及び選択された光の波長に対する本質的に同一の第２の光学密度を有する、第３の開口部及び第４の開口部とを備え、ここで第１の軸は第２の軸に対して垂直であり、第１の光学密度は第２の光学密度とは異なる、光リソグラフィ装置である。
【０００５】
本発明の第２の態様は、フォトレジスト層上に光パターンを与える方法であって、非対称補完型双極子素子の開口部を通して、選択された波長の光を通過させるステップを含み、この非対称補完型双極子素子は、第１の軸に関して等距離且つ鏡像関係にあり、本質的に同一の第１の面積及び選択された光の波長に対する本質的に同一の第１の光学密度を有する、第１の開口部及び第２の開口部と、第２の軸に関して等距離且つ鏡像関係にあり、本質的に同一の第２の面積及び選択された光の波長に対する本質的に同一の第２の光学密度を有する、第３の開口部及び第４の開口部とを備え、ここで第１の軸は第２の軸に対して垂直であり、第１の光学密度は第２の光学密度とは異なり、さらに、非対称補完型双極子素子を通して光を通過させるステップの後で、パターン形成されたフォトマスクを通して光を通過させるステップと、パターン形成されたフォトマスクを通して光を通過させるステップの後で、フォトレジスト層上に光を投射するステップとを含む、方法である。
【０００６】
本発明の第３の態様は、フォトレジスト層上に、第１及び第２の強度を有する光パターンを与えるための装置であって、光源とフォトマスクとの間に位置合わせされた非対称補完型双極子素子を備え、このフォトマスクは非対称補完型双極子素子とフォトレジスト層との間に位置合わせされており、非対称補完型双極子素子は、第１の軸に関して等距離且つ鏡像関係にあり、本質的に同一の第１の面積及び選択された光の波長に対する本質的に同一の第１の光学密度を有する第１の開口部及び第２の開口部と、第２の軸に関して等距離且つ鏡像関係にあり、本質的に同一の第２の面積及び選択された光の波長に対する本質的に同一の第２の光学密度を有する第３の開口部及び第４の開口部とを備え、ここで第１の軸は第２の軸に対して垂直であり、第１の光学密度は第２の光学密度とは異なる、装置である。
【０００７】
本発明の第４の態様は、非対称補完型双極子素子を設計する方法であって、（ａ）集積回路製造レベルのフォトマスクの限界設計画像を選択するステップと、（ｂ）初期の非対称補完型双極子設計を選択又は生成するステップ、及び、初期設計の非対称補完型双極子設計を現行の非対称補完型双極子設計として指定するステップであって、現行の非対称補完型双極子設計は第１の強度の光を通過させる少なくとも第１の双極子と、第２の強度の光を通過させる第２の双極子とを有し、光の第１の強度は光の第２の強度とは異なる、ステップと、（ｃ）限界設計画像を記述する第１のパラメータと、現行の非対称補完型双極子設計を記述する第２のパラメータとを用いてフォトレジスト層の露光をシミュレートし、限界設計画像のシミュレート画像を生成するステップと、（ｄ）シミュレート画像を記述する第３のパラメータを評価するステップと、（ｅ）パラメータが許容可能でない場合には、第２のパラメータのうちの１つ又は複数を修正してステップ（ｃ）及び（ｄ）を繰り返し、第３のパラメータが許容可能である場合には現行の非対称補完型双極子設計を選択するステップと、を含む方法である。
【０００８】
これより本発明の実施形態を、添付の図面を参照しながら、例証としてのみ説明する。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】本発明の実施形態による非対称補完型双極子素子を備えた例示的な光フォトリソグラフィ・ツールを示す。
【図２】本発明の実施形態による非対称補完型双極子素子を用いてフォトリソグラフィにより印刷される例示的な設計画像の平面図である。
【図３】本発明の実施形態による非対称補完型双極子素子の平面図である。
【図４】本発明の実施形態による、図３と同一の非対称補完型双極子素子の平面図である。
【図５】図５（Ａ）は図４の非対称補完型双極子素子の第１の例示的な構造を示す、線５Ａ−５Ａに沿った断面図であり、図５（Ｂ）は図４の非対称補完型双極子素子の第１の例示的な構造を示す、線５Ｂ−５Ｂに沿った断面図であり、図５（Ｃ）は図５（Ｂ）に示す非対称補完型双極子素子の代替的な構造を示す、図４の線５Ｃ−５Ｃに沿った断面図であり、図５（Ｄ）は図４の非対称補完型双極子素子の第２の例示的な構造を示す、線５Ｄ−５Ｄに沿った断面図であり、図５（Ｅ）は図４の非対称補完型双極子素子の第２の例示的な構造を示す、線５Ｅ−５Ｅに沿った断面図であり、図５（Ｆ）は図５（Ｅ）に示す非対称補完型双極子素子の代替的な構造を示す、図４の線５Ｆ−５Ｆに沿った断面図である。
【図６】図６（Ａ）は単一の双極子素子を用いた印刷画像のシミュレーションを示し、図６（Ｂ）は本発明の実施形態による非対称補完型双極子素子を用いた印刷画像のシミュレーションを示す。
【図７】二重双極子フォトリソグラフィにおいて、本発明の実施形態による図４の非対称補完型双極子素子と共に用いるのに適合した随伴の非対称補完型双極子素子の平面図である。
【図８】本発明の実施形態による二重双極子フォトリソグラフィの方法を示すフローチャートである。
【図９】本発明の実施形態による非対称補完型双極子素子を設計する方法である。
【図１０】汎用コンピュータの概略的なブロック図である。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
半導体産業において、一般に、ウェハは１００ｍｍから３００ｍｍまでの直径を有する薄い円盤形の基板であり、半導体をベースとする材料を含む。しかし、ウェハは他の形状及び／又はサイズを呈することがある。ウェハの例には、バルク・シリコン基板、及び、シリコン層がシリコン・ベースの支持シリコン基板から絶縁層によって分離されるシリコン・オン・インシュレータ（ＳＯＩ）基板が含まれる。ウェハは、ドープ及び非ドープ半導体領域、ドープ及び非ドープ・エピタキシャル層、導電体を含む誘電体層、並びに、集積回路製造の特定の段階に応じて半導体材料の内部／上に形成されたトランジスタなどの構造体を含むことがある。
【００１１】
フォトリソグラフィ・プロセスは、フォトレジスト層を表面（例えばウェハの）に塗布し、フォトレジスト層をパターン形成されたフォトマスクを通して化学線に露光し、露光されたフォトレジスト層を現像して、パターン形成されたフォトレジスト層を形成するプロセスである。フォトレジスト層がポジのフォトレジスト層を含む場合は、現像剤はフォトレジストの化学線に露光された領域を溶解させ、パターン形成されたフォトマスクがフォトレジスト層への光入射をブロックした（又は放射の強度を著しく減衰させた）領域は溶解させない。フォトレジスト層がネガのフォトレジスト層を含む場合は、現像剤はフォトレジストの化学線に露光された領域を溶解させず、パターン形成されたフォトマスクがフォトレジスト層への光入射をブロックした（又は放射の強度を著しく減衰させた）領域を溶解させる。更なる処理（例えばエッチング又はイオン注入）の後で、パターン形成されたフォトレジストは取り除かれる。
【００１２】
一般に、パターン形成されたフォトマスクは化学線に対して実質的に不透明であり、内部に開口部のパターンを有する層を含む。この層は化学線に対して実質的に透明な基板上に形成される。化学線は層の開口部を通過して、開口部内に露出した基板を透過することができる
【００１３】
図１は、本発明の実施形態による非対称補完型双極子素子を備えた例示的な光フォトリソグラフィ・ツールを示す。図１においてフォトリソグラフィ・ツール１００は、光線（例えば波長１９３ｍｍのＵＶ光）１１０を生成する化学線源（例えば、ＵＶ光源）１０５と、非対称補完型双極子（ＡＣＤ）素子１１５と、反射体１２０と、随意的な固定スリット１２５と、レチクル・スキャン機構１３０と、縮小レンズ１４５を含む縮小素子１４０と、スキャン可能ステッパ・ステージ１５０と、レチクル・スキャン機構１３０及びステージ１５０の移動を調整するための制御ユニット１５５とを含む。フォトリソグラフィ・ツール１００は縮小露光ツールの一例であり、ここでは光線１１０は縮小素子１４０から発する縮小光線１１０ＡよりＮ倍幅広く、従って、レチクル１３５のパターンは印刷されるパターンよりもＮ倍大きい。例えばＮ＝５である。ＡＣＤ素子１１５Ａは、新しい型の回折光学素子（ＤＯＥ）である。
【００１４】
集積回路（ＩＣ）の製造においては、数百個にも及ぶ個別ＩＣチップの２次元アレイが同時に製造されるが、レチクル（フォトマスクの一種）は僅か数個のＩＣチップに対応するパターンしか含むことができない。従って、各々の露光の後でウェハを移動（即ち、ステップ）させなければならない。また、レチクル上のパターンはフォトリソグラフィ・ツールのレンズの最大使用可能視野に収まるよりも大きい場合があり、従って、レチクル上のパターンの一部分のみが所与の瞬間に投影されるようにレチクルを移動（スキャン）させなければならない。従って、図１においては、ウェハ１７０（上に形成されたフォトレジスト層を有する）上のＩＣチップ１６５の領域１６０が縮小光線１１０Ａに露光される。ＩＣチップ１６５はスキャンされ（本例においては左から右へ）、次いで、ウェハ１７０は次のＩＣチップまで進められ、そしてスキャン・プロセスが繰り返されることになる。図１の下部において、「チップの上面」図は特定の瞬間において、ＩＣチップ１６５の領域１７５が露光済みであり、領域１６０が露光中であり、そして領域１８０がこれから露光される状態を示す。
【００１５】
本発明のＡＣＤ素子１１５は、図１に示した特定の投影ツール以外に、任意の数の投影フォトリソグラフィ・ツール（例えば、Ｎ＞１である完全なＩＣチップ投影ステッパ・ツール、及びＮ＝１であるスキャン投影ツール）において用いることができることを理解されたい。さらに、ＡＣＤ素子１１５の特定の位置は図１に示した位置から変えることができる。例えば、ＡＣＤ１１５は、スリット１２５に隣接して又はその代わりに、配置することができる。
【００１６】
図２は、本発明の実施形態による非対称補完型双極子素子を用いてフォトリソグラフィにより印刷される例示的な設計画像の平面図である。図２において、フォトレジスト層に形成されるパターンの一部を構成する設計画像２０５のアレイ２００は、Ｘ方向に沿った行及びＹ方向に沿った列に配列される。Ｘ方向とＹ方向は互いに垂直である。Ｘ方向は水平方向の長さ方向を定め、Ｙ方向は垂直方向の幅方向を定める。各々の画像はＸ方向の長さＬ±ｄ１及びＹ方向の幅Ｗ±ｄ２を有し、ここでｄ１はＬの前後の仕様限界値であり、ｄ２はＷの前後の仕様限界値である。画像２０５は、Ｘ方向の距離Ｓｘ及びＹ方向の距離Ｓｙを空けて配置される。従って、画像２０５のＸ方向のピッチＰｘはＬ＋Ｓｘに等しく、画像のＹ方向のピッチＰｙはＷ＋Ｓｙに等しい。Ｗ＜Ｌ、Ｐｙ＜Ｐｘ、及びＴ２＜Ｔ１の条件が与えられると、画像サイズ制御及びパターン密度に関する限界方向はＹ方向となる。このことは、本発明の実施形態によるＡＣＤ素子が画像解像度向上を遂行する第１の（即ち、限界）双極子と、限界方向ではない方向（例えば、限界方向に対して垂直な方向）における画像解像度向上を遂行する第２の（即ち、補完的な）双極子とを含むので重要である。
【００１７】
図３及び図４は本発明の実施形態による同じ非対称補完型双極子素子の平面図である。図３において、ＡＣＤ素子１１５Ａ（図１のＡＣＤ素子１１５を表す）は、不透明層２１０Ａ又は不透明プレート２１０Ｂ、それを通して光が通過できる４つの開口部２１５Ａ、２１５Ｂ、２１５Ｃ、及び２１５Ｄ、を含む。第１の開口部２１５Ａ及び第２の開口部２１５Ｂはほぼ弓形形状を有し、Ｘ軸（Ｘ方向に沿って延びる）に関して鏡像関係にある。第３の開口部２２０Ａ及び第４の開口部２２０Ｂはほぼ弓形形状を有し、Ｙ軸（Ｙ方向に沿って延びる）に関して鏡像関係にある。Ｘ軸とＹ軸の交点によって中心点２２５が定められる。第１の開口部２１５Ａ及び第２の開口部２１５Ｂは、第１の辺及び第２の辺においてＡ１度の円弧長を有する同心円弧によって定められ、第３の辺及び第４の辺においては中心点２２５からの距離Ｒｉ１から距離Ｒｏ１まで延びる半径方向長さを有する非平行線によって定められ、ここでＲｏ１＞Ｒｉ１である。第３の開口部２２０Ａ及び第４の開口部２２０Ｂは、第１の辺及び第２の辺においてＡ２度の円弧長を有する同心円弧によって定められ、第３の辺及び第４の辺においては中心点２２５からの距離Ｒｉ２から距離Ｒｏ２まで延びる半径方向長さを有する非平行線によって定められ、ここでＲｏ２＞Ｒｉ２である。従って、開口部２１５Ａと開口部２１５Ｂの面積は本質的に同一であり、開口部２２０Ａと開口部２２０Ｂの面積は本質的に同一であり且つ開口部２１５Ａ及び２１５Ｂより小さい。
【００１８】
ＡＣＤ素子１１５Ａは、開口部２１５Ａ及び２１５Ｂが限界双極子を形成し、開口部２２０Ａ及び２２０Ｂが補完双極子を形成するようにして図２のアレイ２００を露光するのに用いることを意図したものである。限界双極子の開口部２１５Ａ及び２１５Ｂは主に非限界方向に沿って延び、開口部２２０Ａ及び２２０Ｂは主に、図２に関して上記で定めた限界方向に沿って延びることに留意されたい。開口部２２０Ａ及び２２０Ｂ（補完双極子）を通過するよりも多くの単位時間当たりの光エネルギー（例えばｍＪ／秒）が開口部２１５Ａ及び２１５Ｂ（限界双極子）を通過することが、本発明の重要な特徴である。限界双極子及び補完双極子を通過する光の相対量は、比Ａ１／Ａ２の関数である。開口部２１５Ａ及び２１５Ｂの光学密度（ＯＤ）をＯＤＣＲＩＴとし、開口部２２０Ａ及び２２０ＢのＯＤをＯＤＣＯＭＰとすると、限界双極子及び補完双極子を通過する光の相対量は、比ＯＤＣＲＩＴ／ＯＤＣＯＭＰの関数である。ＯＤがゼロの場合は１００％透明であって全ての光が通過し、ＯＤが１の場合は１００％不透明であって光は全く通過しない。二次的な制御変数は、開口部２２０Ａ及び２２０Ｂの面積に対する開口部２１５Ａ及び２１５Ｂの面積比である。一例において、Ａ１はＡ２より大きい。一例において、ＯＤＣＯＭＰはＯＤＣＲＩＴより大きい。一例において、Ａ１はＡ２より大きく、且つＯＤＣＯＭＰはＯＤＣＲＩＴより大きい。一例において、Ａ１は約４５°と約１２０°の間にあり、Ａ２は約２０°と約５０°の間にある。
図４は、図３に示すＸ軸及びＹ軸と寸法表示が除かれ、断面表示が加えられた点を除いて、図３と同様である。
【００１９】
図５（Ａ）及び図５（Ｂ）は、図４の非対称補完型双極子素子の第１の例示的な構造を示す、それぞれ線５Ａ−５Ａ及び線５Ｂ−５Ｂに沿った断面図である。図５（Ａ）において、ＡＣＤ素子１１５Ａは、透明な基板２３０（例えば、ゼロに近いＯＤを有する）の上面２２７に形成された不透明層２１０Ａを含む。基板２３０の上面２２７は、開口部２１５Ａ及び２１５Ｂの底部で露出する。厳密には開口部２１５Ａ及び２１５ＢのＯＤは０であるが、基板２３０のＯＤが開口部２１５Ａ及び２１５Ｂを通過する光の減衰をもたらすので、ＯＤＣＲＩＴは基板２３０のＯＤに等しい。一例において、ＯＤＣＲＩＴは約０．１未満である。
【００２０】
図５（Ｂ）においては、不透明層２１０の領域２３２が開口部２２０Ａ及び２２０Ｂの底部に残っているので、基板２３０の上面２２７は開口部２２０Ａ及び２２０Ｂの底部で露出しない。層２１０は厚さＴ０を有し、領域２３２は厚さＴ１を有し、ここでＴ０＞Ｔ１であり、開口部２２０ＡのＯＤは図５（Ａ）の開口部２１５Ａ及び２１５ＢのＯＤより大きい。一例において、層２１０はクロムを含み、基板２３０は石英を含む。厳密には開口部２２０Ａ及び２２０ＢのＯＤは０であるが、基板２３０のＯＤ及び領域２３２のＯＤの両方が開口部２２０Ａ及び２２０Ｂを通過する光の減衰をもたらすので、ＯＤＣＯＭＰは基板２３０のＯＤと領域２３２のＯＤを加え合わせたものに等しい。一例において、ＯＤＣＯＭＰは約０．２と約０．９の間にある。一例において、ＯＤＣＯＭＰは約０．２と約０．９の間にあり、ＯＤＣＲＩＴは約０．１未満である。
【００２１】
図５（Ｃ）は図４の線５Ｃ−５Ｃに沿った断面図であり、図５（Ｂ）に示す非対称補完型双極子素子の代替的な構造を示す。図５（Ｃ）において、開口部２２０Ａ及び２２０Ｂは基板２３０の上面２２７まで延びるが、光減衰材料２３５によって充填（或は、部分的に充填）されている。材料２３５は０より大きく１より小さいＯＤを有する。一例において、材料２３５のＯＤは約０．１と約０．９の間にある。一例においては、材料２３５のＯＤは約０．２と約０．５の間にある。厳密には開口部２２０Ａ及び２２０ＢのＯＤは０であるが、基板２３０のＯＤ及び材料２３５のＯＤの両方が開口部２２０Ａ及び２２０Ｂを通過する光の減衰をもたらすので、ＯＤＣＯＭＰは基板２３０のＯＤと材料２３５のＯＤを加え合わせたものに等しい。一例において、ＯＤＣＯＭＰは約０．２と約０．９の間にあり、ＯＤＣＲＩＴは約０．１未満である。
【００２２】
図５（Ｄ）及び図５（Ｅ）は、それぞれ線５Ｄ−５Ｄ及び線５Ｅ−５Ｅに沿った断面図であり、図４の非対称補完型双極子素子の第２の例示的な構造を示す。図５（Ｄ）において、ＡＣＤ素子１１５Ａは開口部２１５Ａ及び２１５Ｂを有する不透明プレート２１０Ｂを含む。一例において、プレート２１０Ｂはアルミニウム、ステンレススチール、又はセラミックを含む。開口部２１５Ａ及び２１５ＢのＯＤは０であるので、ＯＤＣＲＩＴは０に等しい。
【００２３】
図５（Ｅ）において、開口部２２０Ａ及び開口部２２０Ｂは光減衰材料２３５によって充填（或は部分的に充填）される。開口部２２０Ａ及び開口部２２０ＢのＯＤは材料２３５のＯＤであるので、ＯＤＣＯＭＰは材料２３５のＯＤに等しい。一例において、ＯＤＣＯＭＰは約０．２と約０．９との間にある。一例において、ＯＤＣＯＭＰは約０．２と約０．９との間にあり、ＯＤＣＲＩＴは０である。
【００２４】
図５（Ｆ）は、図４の線５Ｆ−５Ｆに沿った断面図であり、図５（Ｅ）に示す非対称補完型双極子素子の代替的な構造を示す。プレート２１０の下に減光フィルタ２３５Ａが配置される。開口部２２０Ａ及び開口部２２０ＢのＯＤはフィルタ２３５ＡのＯＤに等しいので、ＯＤＣＯＭＰはフィルタ２３５ＡのＯＤに等しい。一例においてＯＤＣＯＭＰは約０．２と約０．９の間にある。一例においては、ＯＤＣＯＭＰは約０．２と約０．９の間にあり、ＯＤＣＲＩＴは約０．１未満である。
【００２５】
図６（Ａ）は単一の双極子素子を用いた印刷画像のシミュレーションであり、図６（Ｂ）は本発明の実施形態による非対称補完型双極子素子を用いた印刷画像のシミュレーションである。シミュレーション・モデルは、実際の製造において予測することができる平均画像寸法及び平均前後の限界値（例えば３シグマ）などの画像パラメータをシミュレートする複雑なコンピュータ・プログラムである。シミュレーション・モデルはまた、フォトマスク画像を製造するときに設計画像に付加されるエッチング・バイアス及び光近接効果補正（ＯＰＣ）などのフォトマスク補償を考慮に入れることができる。シミュレーション・モデルは、フォトマスク上の画像（例えば寸法、幾何学的形状、及び画像の変動）、フォトレジスト組成及びフォトレジスト・プロセス（例えば露光時間／強度、プロセス温度、現像パラメータなど）によって引き起こされる変動、及び、フォトリソグラフィ・ツールの特性（例えば、解像度及び画像の歪み、並びにＤＯＥ効果）についての情報を含むことができ、そしてシミュレート画像を生成することができる。
【００２６】
図６（Ａ）において、図４に図示したものと類似であるが開口部２１５Ａ及び２１５Ｂのみを有し、開口部２２０Ａ及び２２０Ｂは有さない単純な双極子素子を用いてシミュレートした印刷画像の平均寸法形状２４０Ａ、最大寸法形状２４０Ｂ及び最小寸法形状２４０Ｃを、設計形状２０５（図２も見よ）の上に重ね合わせた。図６（Ｂ）においては、図４に図示したＡＣＤ素子１１５Ａを用いてシミュレートした印刷画像の平均寸法形状２４５Ａ、最大寸法形状２４５Ｂ及び最小寸法形状２４５Ｃを、設計形状２０５（図２も見よ）の上に重ね合わせた。単純な双極素子とＡＣＤ素子の違い以外は、図６（Ａ）と図６（Ｂ）のシミュレーション・モデルは同じである。２つのシミュレーションにおいて、図２を参照すると、Ｗは約２０ｎｍであり、Ｌは約４０ｎｍであり、Ｓｘは約２０ｎｍであり、Ｓｙは約２０ｎｍであった。図６（Ａ）によって表されるシミュレーションについては、図３を参照すると、Ａ１は約９０°であり、開口部２１５Ａ及び２１５ＢのＯＤは約０であり、開口部２２０Ａ及び２２０Ｂは存在しなかった。図６（Ｂ）によって表されるシミュレーションについては、再び図３を参照すると、Ａ１は約９０°であり、Ａ２は約３０°であり、開口部２１５Ａ及び２１５ＢのＯＤは約０であり、開口部２２０Ａ及び２２０ＢのＯＤは約０．３であった。図６（Ａ）及び図６（Ｂ）を調べると、設計画像２０５に対して、単一双極子シミュレーションは限界方向（即ちＹ方向）と補完方向（即ちＸ方向）の両方において不十分な画像サイズ制御（平均及び平均前後の許容範囲）をもたらし、補完方向においては大きな画像サイズ変動を示したことが明らかである。
【００２７】
図７は、二重双極子フォトリソグラフィにおいて、本発明の実施形態による図４の非対称補完型双極子素子と共に用いるための随伴非対称補完型双極子素子の平面図である。本発明の実施形態によるＡＣＤは、限界画像寸法方向に対して調整された限界双極子と、補完画像寸法方向（通常、限界方向に対して垂直な方向）に対して調整された補完双極子とを有する。しかし、集積回路設計は、Ｙ方向が限界方向（図２のように）である幾つかの画像と、限界寸法がＸ方向にある他の画像とを有する可能性がある。従って、単一のフォトレジスト層を正確に露光するには、２つのマスク及び２つのＡＣＤ素子が必要である。水平のバー画像２０５（図２を見よ）を有し、Ｙ方向が限界方向である第１のマスク２００は、ＡＣＤ素子１１５Ａ（図３を見よ）を用いて露光され、垂直のバー画像（図２の素子２０５を９０°回転させ、Ｙ方向が限界方向となる場合）を有する第２のマスクは、図７のＡＣＤ素子１１５Ｂを用いて露光されることになる。ＡＣＤ素子１１５Ａ及び１１５Ｂの使用法は、図８を参照して以下で説明する。ＡＣＤ素子１１５Ｂは、それを通して光が通過することができる４つの開口部２１５Ｃ、２１５Ｄ、２２０Ｃ、及び２２０Ｄを有する。開口部２１５Ｃ及び２１５Ｄは限界双極子を形成し、開口部２２０Ｃ及び２２０Ｄは補完双極子を形成する。ＡＣＤ素子１１５Ｂを図４のＡＣＤ素子１１５Ａと比べると、主要な違いは限界双極子と補完双極子の位置の９０°回転であることが分かる。図４及び図７の例においては、ＡＣＤ素子１１５Ａ（図４を見よ）とＡＣＤ素子１１５Ｂは、限界双極子（図４の開口部２１５Ａ及び２１５Ｂ、並びに図７の開口部２１５Ｃ及び２１５Ｄ）と補完双極子（図４の開口部２２０Ａ及び２２０Ｂ、並びに図７の開口部２２０Ｃ及び２２０Ｄ）との９０°の回転オフセットを除いて、完全に同一である。しかし、ＡＣＤ素子１１５ＢはＡＣＤ素子１１５Ａ（図４を見よ）と完全に同一である必要はない。ＡＣＤ素子１１５Ａ（図４を見よ）及び１１５Ｂは、それぞれの限界方向において用いるように意図したマスクの限界形状及び間隔に対して、他方のＡＣＤ素子の調整とは無関係に、個別に調整することができる。
【００２８】
図８は、本発明の実施形態による二重双極子フォトリソグラフィの方法を示すフローチャートである。ステップ２５０において、フォトレジスト層を有するウェハを露光ツール内に装着する。ステップ２５５において、第１の限界方向に画像の限界パターンを有する第１のレチクルを露光ツールの光路内の所定位置に装着し、そして、第１の限界方向に対して配向及び調整された限界双極子を有する第１のＡＣＤ素子を露光ツールの光路内の所定位置に装着する。ステップ２６０において、第１のレチクル及び第１のＡＣＤ素子を用いて、フォトレジスト層の１回目の露光を実施する。ステップ２６５において、第２の限界方向（第１の限界方向に対して垂直）に画像の限界パターンを有する第２のレチクルを露光ツールの光路内の所定位置に装着し、そして、第２の限界方向に対して配向及び調整された限界双極子を有する第２のＡＣＤ素子を露光ツールの光路内の所定位置に装着する。ステップ２７０において、第２のレチクル及び第２のＡＣＤ素子を用いて、フォトレジスト層の２回目の露光を実施する。ステップ２７５において、ウェハをフォトリソグラフィ・ツールから取り外し、２回の露光によって形成された潜像を現像する。次いで、更なる処理（例えばエッチング、イオン注入、レジスト除去など）を実施することができる。
【００２９】
図９は、本発明の実施形態による非対称補完型双極子素子を設計する方法を示す。ステップ３００において、ＩＣ製造レベルの設計の限界設計画像を選択する。パラメータＷ、Ｌ、Ｓｘ、及びＳｙ（又はＷ、Ｌ、Ｐｘ、及びＰｙ）（図２を見よ）をシミュレーション・モデルに入力する。ステップ３０５において、初期のＡＣＤ設計を選択又は生成し、パラメータＡ１、Ａ２、Ｒｉ１、Ｒｏ１、Ｒｉ２、Ｒｏ２、ＯＤＣＲＩＴ及びＯＤＣＯＭＰ（図３を見よ）をシミュレーション・モデルに入力する。初期の非対称補完型双極子設計を、現行の非対称補完型双極子設計に指定する。ステップ３１０においてシミュレーション・モデルが実行され、ステップ３１５において実行結果（例えば、図６（Ｂ）を見よ）の評価を実施する。随意的にステップ３２０において、現行のＡＣＤ設計をＡＣＤ設計ファイル３２５に格納する。ステップ３３０において、ステップ３１５において実施された評価に基づき、現行のＡＣＤ設計が許容可能な画像形成性能をもたらすがどうかを判定する。ステップにおいて画像形成性能が許容可能である場合は、ステップ３３５において現行の設計に基づいてＡＣＤ素子が作成され、その他の場合には、方法はステップ３４０に進む。ステップ３４０において、現行のＡＣＤ設計を修正してシミュレーションを再度実行するべきかどうかを判定する。ステップ３４０において現行のＡＣＤ設計を修正することが決定された場合には、ステップ３４５においてパラメータＡ１、Ａ２、Ｒｉ１、Ｒｏ１、Ｒｉ２、Ｒｏ２、ＯＤＣＲＩＴ及びＯＤＣＯＭＰのうちの１つ又は複数を修正し、方法はステップ３１０に進み、その他の場合には、方法はステップ３５０に進む。ステップ３５０において、ＡＣＤ設計ファイル３２５の中から最高性能のＡＣＤ設計が選択され、ステップ３３５において、選択された設計に基づいてＡＣＤが作成される。
【００３０】
一般に、本発明の実施形態による非対称補完型双極子素子の設計に関して本明細書において説明した方法は汎用コンピュータによって実施され、上で図９の流れ図で説明した方法は、汎用コンピュータによって使用するための取り外し可能媒体又はハード媒体上に一組の命令としてコード化することができる。
【００３１】
図１０は、汎用コンピュータの概略的なブロック図である。図１０において、コンピュータ・ツール４００は、少なくとも１つのマイクロプロセッサ又は中央演算処理装置（ＣＰＵ）４０５を有する。ＣＰＵ４０５はツール・バス４１０を介して、ランダム・アクセス・メモリ（ＲＡＭ）４１５、読み取り専用メモリ（ＲＯＭ）４２０、取り外し可能データ及び／又はプログラム記憶デバイス４３０及び大容量データ及び／又はプログラム記憶デバイス４３５を接続するための入力／出力（Ｉ／Ｏ）アダプタ４２５、キーボード４４５及びマウス４５０を接続するためのユーザ・インターフェース・アダプタ４４０、データ・ポート４６０を接続するためのポート・アダプタ４５５、及び、表示デバイス４７０を接続するためのディスプレイ・アダプタ４６５に相互接続される。
【００３２】
ＲＯＭ４２０は、コンピュータ・ツール４００の基本オペレーティング・ツールを収容する。オペレーティング・ツールは、代替的に、ＲＡＭ４１５、又は当該技術分野において公知の他の場所に常駐することができる。取り外し可能データ及び／又はプログラム記憶デバイス６３０の例には、フロッピィ・ドライブ及びテープ・ドライブのような磁気媒体、並びに、ＣＤ  ＲＯＭドライブのような光媒体が含まれる。大容量データ及び／又はプログラム記憶デバイス４３５の例には、電子、磁気、光、電磁気、赤外線、及び半導体デバイスが含まれる。コンピュータ可読媒体の例には、半導体メモリ又は固体メモリ、磁気テープ、取り外し可能コンピュータ・ディスケット、ランダム・アクセス・メモリ（ＲＡＭ）、読み取り専用メモリ（ＲＯＭ）、剛体磁気ディスク、及び光ディスクが含まれる。最近の光ディスクの例には、コンパクトディスク読み取り専用メモリ（ＣＤ−ＲＯＭ）、コンパクトディスク読み取り／書き込み（ＣＤ−Ｒ／Ｗ）及びＤＶＤが含まれる。キーボード４４５及びマウス４５０に加えて、ユーザ・インターフェース４４０には、トラックボール、ライティング・タブレット、圧力パッド、マイクロフォン、ライトペン、及び位置検出スクリーン・ディスプレイのような他のユーザ入力デバイスを接続することができる。表示デバイスの例には、陰極線管（ＣＲＴ）及び液晶ディスプレイ（ＬＣＤ）が含まれる。
【００３３】
当業者であれば、適切なアプリケーション・インターフェースを伴うコンピュータ・プログラムを作成し、ツール又はデータ及び／又はプログラム記憶デバイスに格納して本発明の実施を簡単にすることができる。動作中、本発明に関する情報即ち本発明を実行するために作成されたコンピュータ・プログラムは、適切な取り外し可能データ及び／又はプログラム記憶デバイス４３０に搭載され、データ・ポート４６０を通じて供給され、又は、キーボード４４５を用いてタイプ入力される。
【００３４】
このように、本発明の実施形態は、集積回路の形成中に光フォトリソグラフィを最適化するための装置、該装置を設計する方法、該装置を用いるツール、及び、該装置の使用法を提供する。
【００３５】
本発明を理解するために本発明の実施形態の説明を上述した。本発明は、本明細書で説明された特定の実施形態に限定されるものではなく、ここで当業者には明らかになるように、本発明の範囲から逸脱することなく種々の修正、再構成、及び置換が可能であることが理解されるであろう。従って、添付の特許請求の範囲は、そのような修正及び変更の全てを本発明の真の趣旨及び範囲内に入るものとして網羅することが意図されている。
【符号の説明】
【００３６】
１００：フォトリソグラフィ・ツール
１０５：化学線源
１１０：光線
１１０Ａ：縮小光線
１１５、１１５Ａ、１１５Ｂ：非対称補完型双極子（ＡＣＤ）素子
１２０：反射体
１２５：固定スリット
１３０：レチクル・スキャン機構
１３５：レチクル
１４０：縮小素子
１４５：縮小レンズ
１５０：スキャン可能ステッパ・ステージ（ステージ）
１５５：制御ユニット
１６０、１７５、１８０、２３２：領域
１６５：ＩＣチップ
１７０：ウェハ
２００：アレイ（マスク）
２０５：設計画像（画像、設計形状）
２１０、２１０Ａ：不透明層
２１０Ｂ：不透明プレート
２１５Ａ、２１５Ｂ、２１５Ｃ、２１５Ｄ、２２０Ａ、２２０Ｂ、２２０Ｃ、２２０Ｄ：開口部
２２５：中心点
２２７：上面
２３０：透明な基板
２３５：光減衰材料
２３５Ａ：減光フィルタ
２４０Ａ、２４５Ａ：平均寸法形状
２４０Ｂ、２４５Ｂ：最大寸法形状
２４０Ｃ、２４５Ｃ：最小寸法形状
３２５：ＡＣＤ設計ファイル
４００：コンピュータ・ツール
４０５：マイクロプロセッサ又は中央演算処理装置（ＣＰＵ）
４１０：ツール・バス
４１５：ランダム・アクセス・メモリ（ＲＡＭ）
４２０：読み取り専用メモリ（ＲＯＭ）
４２５：入力／出力（Ｉ／Ｏ）アダプタ
４３０：取り外し可能データ及び／又はプログラム記憶デバイス
４３５：大容量データ及び／又はプログラム記憶デバイス
４４０：ユーザ・インターフェース・アダプタ
４４５：キーボード
４５０：マウス
４５５：ポート・アダプタ
４６０：データ・ポート
４６５：ディスプレイ・アダプタ
４７０：表示デバイス
Ｌ：長さ
Ｗ：幅
Ｔ：厚さ
ｄ１、ｄ２：仕様限界値
Ｓｘ：Ｘ方向の距離
Ｓｙ：Ｙ方向の距離
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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