(57)【要約】【課題】スルーピッチにおいても最大性能を引き出し得る、最適化された露光光の光強度分布を設定するための光強度分布設定方法を提供する。【解決手段】光強度分布設定方法は、露光光源から射出される光を所定の位置に位置する４つの点光源のそれぞれから射出されると想定した光が、露光用マスクに形成されたＱ種類の所定のピッチＰqを有するパターンで回折されて、結像したときの光強度分布を計算により求め、該光強度分布からＮＩＬＳ値である値Ｓqを算出し、各ピッチＰqにおいて設定された重率ＷＴqと値Ｓqとの積の和の平均値ＳOPTのマップを算出し、平均値ＳOPTのマップが得られるように露光光源から射出され、露光用マスクへ入射する光の角度に対する光源強度分布を設計する工程から成る。【選択図】  図１
2006216639.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
半導体装置の製造過程におけるリソグラフィ工程において用いられ、露光用マスクに形成されたパターンを基体に塗布形成されたフォトレジスト層に転写するための露光光源から射出され、露光用マスクへ入射する光の角度に対する光源強度分布設計方法であって、
（Ａ）露光光源から射出される光において、等価光源面の瞳座標における４点（ｉ・ΔＸ，ｊ・ΔＹ），（−ｉ・ΔＸ，ｊ・ΔＹ），（−ｉ・ΔＸ，−ｊ・ΔＹ），（ｉ・ΔＸ，−ｊ・ΔＹ）［但し、ｉ＝０，１，２・・・Ｉ、ｊ＝０，１，２・・・・Ｊであり、ΔＸ・Ｉ＝σ、ΔＹ・Ｊ＝σであり、σは光源の大きさを示し、１以下の正の実数である］に位置する点光源のそれぞれから射出されると想定した光が、露光用マスクに形成されたＱ種類の所定のピッチＰq（ｑ＝１，２・・・Ｑ）を有するパターンにて回折され、フォトレジスト層において結像したときの光強度分布をピッチ毎に計算により求め、該光強度分布から規格化像光強度対数勾配値又はコントラスト値である値Ｓq（ｉ・ΔＸ，ｊ・ΔＹ）をｉ＝０〜Ｉ、ｊ＝０〜Ｊについて算出し、
（Ｂ）各ピッチＰqにおいて設定された重率ＷＴqに基づき、以下の式（１）から、重率平均した値ＳOPT（ｉ・ΔＸ，ｊ・ΔＹ）を算出し、
（Ｃ）値ＳOPT（ｉ・ΔＸ，ｊ・ΔＹ）なる相対光強度分布が得られるように、露光光源から射出され、露光用マスクへ入射する光の角度に対する光源強度分布を設計する、
工程から成ることを特徴とする光源強度分布設計方法。
2006216639.tif 000018
【請求項２】
露光光源から射出され、露光用マスクへ入射する光の角度に対する光源強度分布を、露光光源と露光用マスクとの間に配置された回折光学素子に基づき得ることを特徴とする請求項１に記載の光源強度分布設計方法。
【請求項３】
前記工程（Ｃ）に引き続き、
（Ｄ）設定された光の角度に対する光源強度分布に基づき、露光用マスクに形成されたＱ種類の所定のピッチＰq（ｑ＝１，２・・・Ｑ）を有するパターンを基体に塗布形成されたフォトレジスト層に転写したときのプロセス・マージンを算出し、
（Ｅ）全てのピッチＰq（ｑ＝１，２・・・Ｑ）において、算出されたプロセス・マージンが所定のプロセス・マージンを満足しているか否かを評価する、
工程を更に含み、
全てのピッチＰq（ｑ＝１，２・・・Ｑ）において、算出されたプロセス・マージンが所定のプロセス・マージンを満足していない場合、前記工程（Ｂ）においてピッチＰqにおける重率ＷＴqを変更して、前記工程（Ｂ）、前記工程（Ｃ）、該工程（Ｄ）、及び、該工程（Ｅ）を、全てのピッチＰq（ｑ＝１，２・・・Ｑ）において、算出されたプロセス・マージンが所定のプロセス・マージンを満足する迄、繰り返すことを特徴とする請求項１に記載の光源強度分布設計方法。
【請求項４】
重率ＷＴqの変更にあっては、算出されたプロセス・マージンが所定のプロセス・マージンを満足していないピッチＰqに関する重率ＷＴqを変更することを特徴とする請求項３に記載の光源強度分布設計方法。
【請求項５】
前記工程（Ａ）において、等価光源面の瞳座標における４点（ｉ・ΔＸ，ｊ・ΔＹ），（−ｉ・ΔＸ，ｊ・ΔＹ），（−ｉ・ΔＸ，−ｊ・ΔＹ），（ｉ・ΔＸ，−ｊ・ΔＹ）に位置する点光源のそれぞれから射出されると想定した光が、露光用マスクに形成されたＱ種類の所定のピッチＰqを有するパターンにて回折され、ベストフォーカス面からプロセス上必要とされる焦点深度に基づき規定される所定量だけデフォーカスしたデフォーカス面に形成する光強度分布をピッチ毎に計算により求めることを特徴とする請求項１に記載の光源強度分布設計方法。
【請求項６】
半導体装置の製造過程におけるリソグラフィ工程において用いられ、露光用マスクに形成されたパターンを基体に塗布形成されたフォトレジスト層に転写するための露光光源、及び、回折光学素子を有する露光装置であって、
（Ａ）露光光源から射出される光において、等価光源面の瞳座標における４点（ｉ・ΔＸ，ｊ・ΔＹ），（−ｉ・ΔＸ，ｊ・ΔＹ），（−ｉ・ΔＸ，−ｊ・ΔＹ），（ｉ・ΔＸ，−ｊ・ΔＹ）［但し、ｉ＝０，１，２・・・Ｉ、ｊ＝０，１，２・・・・Ｊであり、ΔＸ・Ｉ＝σ、ΔＹ・Ｊ＝σであり、σは光源の大きさを示し、１以下の正の実数である］に位置する点光源のそれぞれから射出されると想定した光が、露光用マスクに形成されたＱ種類の所定のピッチＰq（ｑ＝１，２・・・Ｑ）を有するパターンにて回折され、フォトレジスト層において結像したときの光強度分布をピッチ毎に計算により求め、該光強度分布から規格化像光強度対数勾配値又はコントラスト値である値Ｓq（ｉ・ΔＸ，ｊ・ΔＹ）をｉ＝０〜Ｉ、ｊ＝０〜Ｊについて算出し、
（Ｂ）各ピッチＰqにおいて設定された重率ＷＴqに基づき、以下の式（１）から、重率平均した値ＳOPT（ｉ・ΔＸ，ｊ・ΔＹ）を算出し、
（Ｃ）値ＳOPT（ｉ・ΔＸ，ｊ・ΔＹ）なる相対光強度分布が得られるように、露光光源から射出され、露光用マスクへ入射する光の角度に対する光源強度分布を設計する、
工程から成る光源強度分布設計方法に基づき設定される、露光光源から射出され、露光用マスクへ入射する光の角度に対する光源強度分布を、露光光源と露光用マスクとの間に配置された回折光学素子に基づき得ることを特徴とする露光装置。
2006216639.tif 000019
【請求項７】
半導体装置の製造過程におけるリソグラフィ工程において用いられ、露光光源から射出された光を露光用マスクに照射し、該露光用マスクに形成されたパターンを基体に塗布形成されたフォトレジスト層に転写する露光方法であって、
露光光源から射出され、露光用マスクへ入射する光の角度に対する光源強度分布を、
（Ａ）露光光源から射出される光において、等価光源面の瞳座標における４点（ｉ・ΔＸ，ｊ・ΔＹ），（−ｉ・ΔＸ，ｊ・ΔＹ），（−ｉ・ΔＸ，−ｊ・ΔＹ），（ｉ・ΔＸ，−ｊ・ΔＹ）［但し、ｉ＝０，１，２・・・Ｉ、ｊ＝０，１，２・・・・Ｊであり、ΔＸ・Ｉ＝σ、ΔＹ・Ｊ＝σであり、σは光源の大きさを示し、１以下の正の実数である］に位置する点光源のそれぞれから射出されると想定した光が、露光用マスクに形成されたＱ種類の所定のピッチＰq（ｑ＝１，２・・・Ｑ）を有するパターンにて回折され、フォトレジスト層において結像したときの光強度分布をピッチ毎に計算により求め、該光強度分布から規格化像光強度対数勾配値又はコントラスト値である値Ｓq（ｉ・ΔＸ，ｊ・ΔＹ）をｉ＝０〜Ｉ、ｊ＝０〜Ｊについて算出し、
（Ｂ）各ピッチＰqにおいて設定された重率ＷＴqに基づき、以下の式（１）から、重率平均した値ＳOPT（ｉ・ΔＸ，ｊ・ΔＹ）を算出し、
（Ｃ）値ＳOPT（ｉ・ΔＸ，ｊ・ΔＹ）なる相対光強度分布が得られるように、露光光源から射出され、露光用マスクへ入射する光の角度に対する光源強度分布を設計する、
工程から成る光源強度分布設計方法に基づき設定することを特徴とする露光方法。
2006216639.tif 000020
【請求項８】
露光光源から射出された光を露光用マスクに照射し、該露光用マスクに形成されたパターンを基体に塗布形成されたフォトレジスト層に転写し、該フォトレジスト層を現像して得られたエッチング用マスクを用いて基体をエッチングする工程を含む半導体装置の製造方法であって、
露光光源から射出され、露光用マスクへ入射する光の角度に対する光源強度分布を、
（Ａ）露光光源から射出される光において、等価光源面の瞳座標における４点（ｉ・ΔＸ，ｊ・ΔＹ），（−ｉ・ΔＸ，ｊ・ΔＹ），（−ｉ・ΔＸ，−ｊ・ΔＹ），（ｉ・ΔＸ，−ｊ・ΔＹ）［但し、ｉ＝０，１，２・・・Ｉ、ｊ＝０，１，２・・・・Ｊであり、ΔＸ・Ｉ＝σ、ΔＹ・Ｊ＝σであり、σは光源の大きさを示し、１以下の正の実数である］に位置する点光源のそれぞれから射出されると想定した光が、露光用マスクに形成されたＱ種類の所定のピッチＰq（ｑ＝１，２・・・Ｑ）を有するパターンにて回折され、フォトレジスト層において結像したときの光強度分布をピッチ毎に計算により求め、該光強度分布から規格化像光強度対数勾配値又はコントラスト値である値Ｓq（ｉ・ΔＸ，ｊ・ΔＹ）をｉ＝０〜Ｉ、ｊ＝０〜Ｊについて算出し、
（Ｂ）各ピッチＰqにおいて設定された重率ＷＴqに基づき、以下の式（１）から、重率平均した値ＳOPT（ｉ・ΔＸ，ｊ・ΔＹ）を算出し、
（Ｃ）値ＳOPT（ｉ・ΔＸ，ｊ・ΔＹ）なる相対光強度分布が得られるように、露光光源から射出され、露光用マスクへ入射する光の角度に対する光源強度分布を設計する、
工程から成る光源強度分布設計方法に基づき設定することを特徴とする半導体装置の製造方法。
2006216639.tif 000021
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、半導体装置の製造過程におけるリソグラフィ工程において用いられ、露光用マスクに形成されたパターンを基体に塗布形成されたフォトレジスト層に転写するための露光光源から射出され、露光用マスクへ入射する光の角度に対する光源強度分布設計方法、係る光源強度分布設計方法を適用した露光装置、更には、露光方法、及び、半導体装置の製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
半導体装置の製造プロセスにおけるリソグラフィ工程には、半導体デバイスパターンの微細化に伴い、露光光の波長から決定される解像限界を超えた高解像度が要求されている。尚、以下の説明において、露光光源から射出され、露光用マスクに入射する光を照明光と呼び、露光用マスクを通過し、基体に塗布形成されたフォトレジスト層に入射し、フォトレジスト層を露光する光を露光光と呼ぶ場合がある。近年、露光光の波長以下の微細パターンを形成するための超解像技術として、渋谷−レベンソン型位相シフトマスク（渋谷真人：特開昭５７−６２０５２、Ｍ．Ｄ.Ｌｅｖｅｎｓｏｎ ｅｔ  ａｌ：ＩＥＥＥ  Ｔｒａｎｓ.Ｅｌｅｃｔｒｏｎ  Ｄｅｖｉｃｅ、ＥＤ−２９、ｐ１８２８（１９８２））の適用、斜入射照明（例えば、Ｋ．Ｍａｔｓｕｍｏｔｏ  ａｎｄ  Ｔ．Ｔｓｕｒｕｔａ：Ｏｐｔｉｃａｌ  Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ、３１，ｐ２６５７（１９９２））適用等が検討されている。ここで、前者は、特殊な露光用マスクによって、露光用マスクに形成された転写すべきパターンを通過した露光光の光強度のみならず、露光光の位相情報をも制御することにより、解像性、焦点深度（ＤＯＦ）を向上させる技術である。後者にあっては、使用する露光用マスクとして、通常のバイナリマスク、又は、ハーフトーン型位相シフトマスクを用いるが、露光光源から射出され、露光用マスクに入射する照明光（以下、このような照明光を、有効光源と呼ぶ場合がある）の角度に対する光源強度分布（以下、このような光源強度分布を、有効光源の形状と呼ぶ場合がある）を、輪帯、４５度方位の４象限に局所的に強度を有する４重極照明、０度、９０度、１８０度、２７０度の方位に局所的に強度を有する４重極照明（クロスポール照明とも呼ばれる）等に形成して、露光用マスクを斜入射照明し、フォトレジスト層における結像を２光束干渉に近づけることにより、解像性、焦点深度（ＤＯＦ）を向上させる技術である。これらの超解像技術のうち、幾つかは半導体装置の量産プロセスとして適用されている。
【０００３】
ところで、渋谷−レベンソン型位相シフトマスクは、特殊な露光用マスクであり、露光用マスク製造上の技術的困難さに加えて、高コストであるといった問題点を有する。一方、斜入射照明においては、特殊な露光用マスクを用いる必要はないが、基本的には特定のピッチを有するパターンに対してのみ有効であり、それ以外のピッチを有するパターン、例えば孤立パターン等にとっては、通常の円形照明より、解像性、焦点深度が劣る場合がある。そのため、露光用マスクにおいてパターン全体で見たときの共通プロセス・マージンに関しては、殆ど改善効果がないか、逆に、劣化するような結果にもなり、特に、ロジック系デバイス等においては積極的に量産プロセスに適用されていないのが現状である。
【０００４】
ところで、特許第３４５８５４９号に提示されているように、有効光源の中央部から射出される光の強度を、有効光源の周辺部から射出される光の強度に対して、所定量、低減させた有効光源の形状に基づき、前述のパターンのピッチ依存性を緩和することが可能である。
【０００５】
【特許文献１】特開昭５７−６２０５２
【特許文献２】特許第３４５８５４９号
【特許文献３】特開２００１−２４２４１４
【特許文献４】特開２００１−２３０１８０
【非特許文献１】Ｍ．Ｄ.Ｌｅｖｅｎｓｏｎ ｅｔ  ａｌ：ＩＥＥＥ  Ｔｒａｎｓ.Ｅｌｅｃｔｒｏｎ  Ｄｅｖｉｃｅ、ＥＤ−２９、ｐ１８２８（１９８２）
【非特許文献２】Ｋ．Ｍａｔｓｕｍｏｔｏ  ａｎｄ  Ｔ．Ｔｓｕｒｕｔａ：Ｏｐｔｉｃａｌ  Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ、３１，ｐ２６５７（１９９２）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
この特許第３４５８５４９号に開示された技術においては、デンスピッチ（密なピッチ）を有するパターンと孤立パターンとに対して両立した結像特性を得ることが可能である。具体的な有効光源の形状として、図１２に示すような、４５度方位の４重極照明であって、中央部と周辺にあっては減衰した光源強度分布を有する有効光源の形状が提唱されている。
【０００７】
特許第３４５８５４９号における有効光源の形状は、図１３に示すように、露光光源から射出されたエキシマレーザビームを４つのビームＢ１，Ｂ２，Ｂ３，Ｂ４に分割し、ハエの目（フライ・アイ）レンズの入射面で重ね合わせるような照明光学系システムを前提にしており、その形状が容易に形成できる有効光源である。しかしながら、図１２に示す有効光源の形状は、或るピッチを有する露光用マスクにおいては未だ結像性能において不要な部分が必要以上の強度を有しており、スルーピッチを有する露光用マスク（デンスピッチから孤立パターンまでの種々のピッチを有する露光用マスク）において最大性能を引き出す有効光源の光強度分布（有効光源の形状）とはなっていない。また、有効光源の光強度分布（有効光源の形状）に関する定量的な設計方法に関しては、具体的、且つ、詳細には開示されていない。
【０００８】
従って、本発明の目的は、スルーピッチにおいても最大性能を引き出し得る、最適化された有効光源の光強度分布（有効光源の形状）を設計するための光源強度分布設計方法、並びに、係る光源強度分布設計方法を適用した露光装置、露光方法、及び、半導体装置の製造方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記の目的を達成するための本発明の光源強度分布設計方法は、半導体装置の製造過程におけるリソグラフィ工程において用いられ、露光用マスクに形成されたパターンを基体に塗布形成されたフォトレジスト層に転写するための露光光源から射出され、露光用マスクへ入射する光の角度に対する光源強度分布設計方法であって、
（Ａ）露光光源から射出される光において、等価光源面の瞳座標における４点（ｉ・ΔＸ，ｊ・ΔＹ），（−ｉ・ΔＸ，ｊ・ΔＹ），（−ｉ・ΔＸ，−ｊ・ΔＹ），（ｉ・ΔＸ，−ｊ・ΔＹ）［但し、ｉ＝０，１，２・・・Ｉ、ｊ＝０，１，２・・・・Ｊであり、ΔＸ・Ｉ＝σ、ΔＹ・Ｊ＝σであり、σは光源の大きさを示し、１以下の正の実数である］に位置する点光源のそれぞれから射出されると想定した光が、露光用マスクに形成されたＱ種類の所定のピッチＰq（ｑ＝１，２・・・Ｑ）を有するパターンにて回折され、フォトレジスト層において結像したときの光強度分布をピッチ毎に計算により求め、該光強度分布から規格化像光強度対数勾配値（ＮＩＬＳ値，Normalized Image Log Slope 値）又はコントラスト値である値Ｓq（ｉ・ΔＸ，ｊ・ΔＹ）をｉ＝０〜Ｉ、ｊ＝０〜Ｊについて算出し、
（Ｂ）各ピッチＰqにおいて設定された重率ＷＴqに基づき、以下の式（１）から、重率平均した値ＳOPT（ｉ・ΔＸ，ｊ・ΔＹ）を算出し、
（Ｃ）値ＳOPT（ｉ・ΔＸ，ｊ・ΔＹ）なる相対光強度分布が得られるように、露光光源から射出され、露光用マスクへ入射する光の角度に対する光源強度分布を設計する、
工程から成ることを特徴とする。
2006216639.tif 000003
【００１０】
上記の目的を達成するための本発明の露光装置は、半導体装置の製造過程におけるリソグラフィ工程において用いられ、露光用マスクに形成されたパターンを基体に塗布形成されたフォトレジスト層に転写するための露光光源、及び、回折光学素子を有する露光装置であって、
（Ａ）露光光源から射出される光において、等価光源面の瞳座標における４点（ｉ・ΔＸ，ｊ・ΔＹ），（−ｉ・ΔＸ，ｊ・ΔＹ），（−ｉ・ΔＸ，−ｊ・ΔＹ），（ｉ・ΔＸ，−ｊ・ΔＹ）［但し、ｉ＝０，１，２・・・Ｉ、ｊ＝０，１，２・・・・Ｊであり、ΔＸ・Ｉ＝σ、ΔＹ・Ｊ＝σであり、σは光源の大きさを示し、１以下の正の実数である］に位置する点光源のそれぞれから射出されると想定した光が、露光用マスクに形成されたＱ種類の所定のピッチＰq（ｑ＝１，２・・・Ｑ）を有するパターンにて回折され、フォトレジスト層において結像したときの光強度分布をピッチ毎に計算により求め、該光強度分布から規格化像光強度対数勾配値（ＮＩＬＳ値）又はコントラスト値である値Ｓq（ｉ・ΔＸ，ｊ・ΔＹ）をｉ＝０〜Ｉ、ｊ＝０〜Ｊについて算出し、
（Ｂ）各ピッチＰqにおいて設定された重率ＷＴqに基づき、以下の式（１）から、重率平均した値ＳOPT（ｉ・ΔＸ，ｊ・ΔＹ）を算出し、
（Ｃ）値ＳOPT（ｉ・ΔＸ，ｊ・ΔＹ）なる相対光強度分布が得られるように、露光光源から射出され、露光用マスクへ入射する光の角度に対する光源強度分布を設計する、
工程から成る光源強度分布設計方法に基づき設定される、露光光源から射出され、露光用マスクへ入射する光の角度に対する光源強度分布を、露光光源と露光用マスクとの間に配置された回折光学素子に基づき得ることを特徴とする。
2006216639.tif 000004
【００１１】
上記の目的を達成するための本発明の露光方法は、半導体装置の製造過程におけるリソグラフィ工程において用いられ、露光光源から射出された光を露光用マスクに照射し、該露光用マスクに形成されたパターンを基体に塗布形成されたフォトレジスト層に転写する露光方法であって、
露光光源から射出され、露光用マスクへ入射する光の角度に対する光源強度分布を、
（Ａ）露光光源から射出される光において、等価光源面の瞳座標における４点（ｉ・ΔＸ，ｊ・ΔＹ），（−ｉ・ΔＸ，ｊ・ΔＹ），（−ｉ・ΔＸ，−ｊ・ΔＹ），（ｉ・ΔＸ，−ｊ・ΔＹ）［但し、ｉ＝０，１，２・・・Ｉ、ｊ＝０，１，２・・・・Ｊであり、ΔＸ・Ｉ＝σ、ΔＹ・Ｊ＝σであり、σは光源の大きさを示し、１以下の正の実数である］に位置する点光源のそれぞれから射出されると想定した光が、露光用マスクに形成されたＱ種類の所定のピッチＰq（ｑ＝１，２・・・Ｑ）を有するパターンにて回折され、フォトレジスト層において結像したときの光強度分布をピッチ毎に計算により求め、該光強度分布から規格化像光強度対数勾配値（ＮＩＬＳ値）又はコントラスト値である値Ｓq（ｉ・ΔＸ，ｊ・ΔＹ）をｉ＝０〜Ｉ、ｊ＝０〜Ｊについて算出し、
（Ｂ）各ピッチＰqにおいて設定された重率ＷＴqに基づき、以下の式（１）から、重率平均した値ＳOPT（ｉ・ΔＸ，ｊ・ΔＹ）を算出し、
（Ｃ）値ＳOPT（ｉ・ΔＸ，ｊ・ΔＹ）なる相対光強度分布が得られるように、露光光源から射出され、露光用マスクへ入射する光の角度に対する光源強度分布を設計する、
工程から成る光源強度分布設計方法に基づき設定することを特徴とする。
2006216639.tif 000005
【００１２】
上記の目的を達成するための本発明の半導体装置の製造方法は、露光光源から射出された光を露光用マスクに照射し、該露光用マスクに形成されたパターンを基体に塗布形成されたフォトレジスト層に転写し、該フォトレジスト層を現像して得られたエッチング用マスクを用いて基体をエッチングする工程を含む半導体装置の製造方法であって、
露光光源から射出され、露光用マスクへ入射する光の角度に対する光源強度分布を、
（Ａ）露光光源から射出される光において、等価光源面の瞳座標における４点（ｉ・ΔＸ，ｊ・ΔＹ），（−ｉ・ΔＸ，ｊ・ΔＹ），（−ｉ・ΔＸ，−ｊ・ΔＹ），（ｉ・ΔＸ，−ｊ・ΔＹ）［但し、ｉ＝０，１，２・・・Ｉ、ｊ＝０，１，２・・・・Ｊであり、ΔＸ・Ｉ＝σ、ΔＹ・Ｊ＝σであり、σは光源の大きさを示し、１以下の正の実数である］に位置する点光源のそれぞれから射出されると想定した光が、露光用マスクに形成されたＱ種類の所定のピッチＰq（ｑ＝１，２・・・Ｑ）を有するパターンにて回折され、フォトレジスト層において結像したときの光強度分布をピッチ毎に計算により求め、該光強度分布から規格化像光強度対数勾配値（ＮＩＬＳ値）又はコントラスト値である値Ｓq（ｉ・ΔＸ，ｊ・ΔＹ）をｉ＝０〜Ｉ、ｊ＝０〜Ｊについて算出し、
（Ｂ）各ピッチＰqにおいて設定された重率ＷＴqに基づき、以下の式（１）から、重率平均した値ＳOPT（ｉ・ΔＸ，ｊ・ΔＹ）を算出し、
（Ｃ）値ＳOPT（ｉ・ΔＸ，ｊ・ΔＹ）なる相対光強度分布が得られるように、露光光源から射出され、露光用マスクへ入射する光の角度に対する光源強度分布を設計する、
工程から成る光源強度分布設計方法に基づき設定することを特徴とする。
2006216639.tif 000006
【００１３】
本発明の光源強度分布設計方法、露光装置、あるいは、露光方法にあっては、露光光源から射出され、露光用マスクへ入射する光（以下、このような光を、照明光と呼び、あるいは又、有効光源と呼ぶ場合がある）の角度に対する光源強度分布（以下、このような照明光の角度に対する光源強度分布を、有効光源の形状と呼ぶ場合がある）を、露光光源と露光用マスクとの間に配置された回折光学素子に基づき得ることが、構成の簡素化、光量ロスの最小化といった観点から好ましい。
【００１４】
また、本発明の光源強度分布設計方法、露光装置、露光方法、あるいは、半導体装置の製造方法（以下、これらを総称して、単に、本発明と呼ぶ場合がある）にあっては、前記工程（Ｃ）に引き続き、
（Ｄ）設定された光の角度に対する光源強度分布に基づき、露光用マスクに形成されたＱ種類の所定のピッチＰq（ｑ＝１，２・・・Ｑ）を有するパターンを基体に塗布形成されたフォトレジスト層に転写したときのプロセス・マージンを算出し、
（Ｅ）全てのピッチＰq（ｑ＝１，２・・・Ｑ）において、算出されたプロセス・マージンが所定のプロセス・マージンを満足しているか否かを評価する、
工程を更に含み、
全てのピッチＰq（ｑ＝１，２・・・Ｑ）において、算出されたプロセス・マージンが所定のプロセス・マージンを満足していない場合、前記工程（Ｂ）においてピッチＰqにおける重率ＷＴqを変更して、前記工程（Ｂ）、前記工程（Ｃ）、該工程（Ｄ）、及び、該工程（Ｅ）を、全てのピッチＰq（ｑ＝１，２・・・Ｑ）において、算出されたプロセス・マージンが所定のプロセス・マージンを満足する迄、繰り返すことが望ましい。
【００１５】
又、本発明にあっては、最適化された光源内の相対光強度分布を示す値ＳOPT（ｉ・ΔＸ，ｊ・ΔＹ）の内の最大値をＭａｘ（ＳOPT）としたとき、各値ＳOPT（ｉ・ΔＸ，ｊ・ΔＹ）をＭａｘ（ＳOPT）で除して、値ＳOPT（ｉ・ΔＸ，ｊ・ΔＹ）を規格化することが、最適化された光源内の相対光強度分布を示す値ＳOPT（ｉ・ΔＸ，ｊ・ΔＹ）の評価の簡素化といった観点から好ましい。
【００１６】
本発明において、規格化像光強度対数勾配値は、４つの点光源の各点光源が露光用マスクに形成されたパターン（マスクパターンと呼ぶ）を照明し、フォトレジスト層に結像されるときの光強度分布の和を取り、算出した光学像（以下、点光源による転写光学像と呼ぶ）の目標転写寸法のエッジ部相当箇所（Ｘ＝±ＷＤ／２）における光強度の対数勾配値に、光学像の目標転写寸法幅ＷＤを乗じた以下の式（２）で与えられる。尚、式（２）中、「Ｉ」は光強度である。このＮＩＬＳ値に関しては、例えば、文献 C. A. Mack, Optical Engineering, Vol. 32、No 10, pp2350-2362 (Oct 1993) 等に詳細が記載されている。ＮＩＬＳ値は、転写光学像の急峻度を表しており、数値が高いほど、広い露光量裕度を得ることができる。
【００１７】
ＮＩＬＳ＝ＷＤ・∂［ｌｎ（Ｉ）］／∂ｘ    （２）
【００１８】
また、コントラスト値（Ｃ）は、転写光学像の最大光強度、最小光強度をそれぞれＩMAX，ＩMINとしたとき、以下の一般式（３）から求めることができる。
【００１９】
Ｃ＝（ＩMAX−ＩMIN）／（ＩMAX＋ＩMIN）    （３）
【００２０】
各ピッチＰqにおける重率ＷＴqの設定は、多数の光源強度分布設計方法の実行に基づく多数のデータの積み重ねから決定すればよい。ここで、半導体装置におけるパターンの重要度や、プロセス・マージンの不足が発生しているか否かに応じて、ピッチＰqにおける重率ＷＴqを独立に設定すればよい。工程（Ｂ）、工程（Ｃ）、工程（Ｄ）、及び、工程（Ｅ）を、全てのピッチＰq（ｑ＝１，２・・・Ｑ）において、算出されたプロセス・マージンが所定のプロセス・マージンを満足する迄、繰り返す場合、工程（Ｂ）においてピッチＰqにおける重率ＷＴqを変更するが、この重率ＷＴqの変更にあっては、算出されたプロセス・マージンが所定のプロセス・マージンを満足していないピッチＰqに関する重率ＷＴqを変更することが好ましい。
【００２１】
本発明にあっては、最適化された有効光源の形状を、例えば、露光光源と露光用マスクとの間に配置された回折光学素子（ＤＯＥ，Diffractive Optical Element）に基づき得るが、係る回折光学素子は、例えば、特開２００１−２４２４１４等に開示された技術に基づき設計すればよい。このように回折光学素子を用いることで、任意の光強度分布を有する、即ち、グレー階調を有する有効光源を形成することができる。回折光学素子は、より具体的には、露光装置の照明光学系の瞳面（等価光源面）において最適な有効光源の形状が得られるように、露光光源と露光用マスクとの間に配置すればよく、これによって、本質的に任意の光源強度分布を有する有効光源の形状を備えた露光装置を実現することができる。
【００２２】
また、本発明にあっては、前記工程（Ａ）において、等価光源面の瞳座標における４点（ｉ・ΔＸ，ｊ・ΔＹ），（−ｉ・ΔＸ，ｊ・ΔＹ），（−ｉ・ΔＸ，−ｊ・ΔＹ），（ｉ・ΔＸ，−ｊ・ΔＹ）に位置する点光源のそれぞれから射出されると想定した光が、露光用マスクに形成されたＱ種類の所定のピッチＰqを有するパターンにて回折され、ベストフォーカス面からプロセス上必要とされる焦点深度（ＤＯＦ）に基づき規定される所定量だけデフォーカスしたデフォーカス面に形成する光強度分布をピッチ毎に計算により求めることが好ましい。即ち、露光光源から射出された光が等価光源面に形成する等価光源をマトリックス状の有限個の点光源に分割し、必要とされる焦点深度（ＤＯＦ）から決まる所定のデフォーカス面において、所定の位置に位置する４つの点光源がマスクを照明し、形成する転写光学像の光強度分布を計算により求めることが望ましい。このように所定のデフォーカス面における転写光学像の光強度分布を求めることによって、所望の露光量裕度と焦点深度を有するプロセス・マージンを実現することができる。
【００２３】
本発明において、露光用マスクに形成されたＱ種類の所定のピッチＰqは、例えば、最密ピッチ（デンスピッチ）を有するパターン、孤立パターンを有するパターン、中程度のピッチ（セミデンスピッチ）を有するパターン等の代表的なピッチや、半導体装置の動作上、重要なピッチとすればよい。
【００２４】
露光用マスクは、例えば、露光光に対して透明な低膨張ガラス、合成石英ガラスといった品質の管理されたガラス基板に、金属あるいは金属酸化物から成る遮光用薄層あるいは半遮光用薄層（これらの薄層は単層であってもよいし多層であってもよい）が形成されて成る。本発明において、露光用マスクとして、遮光用薄層から成るパターンが形成された通常の露光用マスク（バイナリマスク）、位相シフトマスク、半遮光用薄層から成るパターンが形成されたハーフトーン型位相シフトマスクを例示することができる。
【００２５】
露光方法、あるいは、半導体装置の製造方法における基体として、半導体基板、半絶縁性基板や絶縁性基板、若しくはこれらの基板上に形成された被処理層を例示することができる。被処理層としては、具体的には、不純物がドーピングされた多結晶シリコン層；アルミニウム系合金、タングステン、銅、銀等の金属層：タングステンシリサイドやチタンシリサイド等の金属化合物層；不純物がドーピングされた多結晶シリコン層とタングステンシリサイドやチタンシリサイド等の金属化合物層の積層構造、不純物がドーピングされた多結晶シリコン層とタングステンシリサイドやチタンシリサイド等の金属化合物層と絶縁膜の積層構造；絶縁層を例示することができる。ここで、絶縁膜や絶縁層として、ＳｉＯ2、ＢＰＳＧ、ＰＳＧ、ＢＳＧ、ＡｓＳＧ、ＳｂＳＧ、ＮＳＧ、ＳＯＧ、ＬＴＯ（Low Temperature Oxide、低温ＣＶＤ−ＳｉＯ2）、ＳｉＮ、ＳｉＯＮ等の公知の絶縁材料、あるいはこれらの絶縁材料を積層したもの挙げることができる。
【発明の効果】
【００２６】
本発明にあっては、複数の着目ピッチ毎に、重率ＷＴqと、所定の位置に位置する４つの点光源が形成する転写光学像の光強度分布に基づき得られた規格化像光強度対数勾配値等（ＮＩＬＳ値）とを重率加算することで、加算、平均、規格化され、スルーピッチで総合的に最適化された照明光の角度に対する光源強度分布（有効光源の形状）を得ることができる。ここで、この最適化された有効光源の形状における光強度は、０以上１以下の中間値を有するアナログ的なもの、即ち、グレー階調を有する光強度である。そして、このような最適化された有効光源の形状に基づき、露光用マスクに形成されたパターンを基体に塗布形成されたフォトレジスト層に転写するので、種々のピッチを有するパターンの急峻な光学像プロファイルをフォトレジスト層において得ることが可能となる。
【００２７】
また、デフォーカスした転写光学像に基づき最適な有効光源の形状を最終的に決定すれば、所望の焦点深度と露光量裕度とを有するプロセス・マージンを実現することができる。更には、半導体装置におけるパターンの重要度により重率を変えれば、最適化された有効光源の形状へと微調整を行うことが可能となる。しかも、最適化された有効光源の形状を実現する手段として、回折光学素子（ＤＯＥ）を用いれば、エネルギー利用効率が理想的には１００％となり、光量ロスの発生しない、あるいは、最小限の光量ロスで済む、最適化された有効光源の形状を実現することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２８】
以下、図面を参照して、実施例に基づき本発明を説明する。
【実施例１】
【００２９】
実施例１は、本発明の光源強度分布設計方法、及び、露光装置に関する。即ち、実施例１の光源強度分布設計方法は、半導体装置の製造過程におけるリソグラフィ工程において用いられ、露光用マスクに形成されたパターンを基体に塗布形成されたフォトレジスト層に転写するための露光光源から射出され、露光用マスクへ入射する光（照明光）の角度に対する光源強度分布設計方法である。また、実施例１の露光装置は、半導体装置の製造過程におけるリソグラフィ工程において用いられ、露光用マスクに形成されたパターンを基体に塗布形成されたフォトレジスト層に転写するための露光光源、及び、回折光学素子を有する露光装置である。
【００３０】
実施例１にあっては、６５ｎｍノード（最密ピッチ１８０ｎｍであり、ライン幅９０ｎｍ、スペース幅９０ｎｍである）の銅（Ｃｕ）から成る埋め込み型の配線を形成するためのリソグラフィ工程に関する。即ち、銅（Ｃｕ）を埋め込むために、フォトレジスト層に溝部（トレンチ）をリソグラフィ工程で形成することが目的となる。ここで、露光用マスクに形成されたパターンとして、露光用マスクのｘ方向及びｙ方向の２方向に延びる２種類のパターンを想定し、パターンの最小ピッチを１８０ｎｍ、最大ピッチを孤立パターンとする。また、露光用マスクとして、透過率６％のハーフトーン型位相シフトマスクを用いるとする。更には、露光装置の仕様を、以下の表１に示す。フォトレジスト層の現像後、露光用マスクのパターン（このパターンは「スペース」である）に対応するフォトレジスト層の部分には開口部あるいは溝部（トレンチ）が形成され、この開口部あるいは溝部（トレンチ）に銅（Ｃｕ）をメッキ法にて埋め込むことで、配線を形成する。
【００３１】
［表１］
露光光の波長（λ）                      ：１９３ｎｍ
投影レンズの開口数（ＮＡ）              ：０．８５
コヒーレンスファクタ（σ）［最大照明σ］：０．９０
【００３２】
ここで、半導体基板上に塗布形成されたフォトレジスト層に対して露光光によりパターンを形成するとき、縮小投影に使用されるものをレティクル、一対一投影に使用されるものをマスクと称することがあるが、本明細書においては、このような種々の意味におけるレティクルやマスクを、総称して露光用マスクと呼ぶ。また、以下の実施例においては、４倍の露光用マスク、即ち、フォトレジスト層に形成されるパターンの設計サイズを１とした場合、露光用マスクに形成されるパターンの設計サイズが４である露光用マスクを用いる。尚、以下の記載において、パターンに関連する長さや大きさは、特に断りの無い限り、フォトレジスト層に換算した長さや大きさである。露光用マスクに形成されたパターンの長さや大きさを求める場合には、フォトレジスト層における長さや大きさを４倍すればよい。更には、特に断りの無い限り、長さや幅の単位は「ｎｍ」である。
【００３３】
以下、図１に示す流れ図を参照して、実施例１の光源強度分布設計方法を説明する。
【００３４】
［ステップ−１］
先ず、デフォーカス量（ｄ）を設定する。デフォーカス量は必要とされるプロセス・マージンに基づき決定されるが、一般に、焦点深度（ＤＯＦ）は、露光光の波長をλとしたとき、以下の式（４）で与えられる。尚、プロセスファクターであるＫ2の値は、典型的には、例えば０．６程度に想定すればよい。このとき、λ＝１９３ｎｍ、ＮＡ＝０．８５としたとき、デフォーカス量（ｄ）は１６０ｎｍとなるが、以下の説明においては、便宜上、デフォーカス量（ｄ）を１５０ｎｍとする。
【００３５】
ｄ＝Ｋ2（λ／ＮＡ2）    （４）
【００３６】
また、露光用マスクに形成されたＱ種類（実施例１においては、Ｑ＝３）のパターンの所定のピッチＰq（ｑ＝１，２・・・Ｑ）を、以下の表２のとおりとする。
【００３７】
［表２］
ｑ＝１    ライン・アンド・スペース・パターン
（スペース幅：９０ｎｍ，ライン幅：９０ｎｍ）
ｑ＝２    ライン・アンド・スペース・パターン
（スペース幅：９０ｎｍ，ライン幅：２７０ｎｍ）
ｑ＝３    孤立パターン
（スペース幅：９０ｎｍ）
【００３８】
以下の説明において、ｑ＝１［ライン・アンド・スペース・パターン（スペース幅：９０ｎｍ，ライン幅：９０ｎｍ）］に相当するパターンをデンスパターン（ｑ＝１）と呼び、ｑ＝２［ライン・アンド・スペース・パターン（スペース幅：９０ｎｍ，ライン幅：２７０ｎｍ）］に相当するパターンをセミデンスパターン（ｑ＝２）と呼び、ｑ＝３［孤立パターン（スペース幅：９０ｎｍ）］に相当するパターンを孤立パターン（ｑ＝３）と呼ぶ場合がある。
【００３９】
［ステップ−２］
そして、図２の（Ａ）に示すように、露光光源から射出され、露光用マスクに入射する照明光（有効光源）を規格化されたグリッドサイズΔＸ（＝０．１），ΔＹ（＝０．１）で格子状に区切り、等価光源面の瞳座標における４点（ｉ・ΔＸ，ｊ・ΔＹ），（−ｉ・ΔＸ，ｊ・ΔＹ），（−ｉ・ΔＸ，−ｊ・ΔＹ），（ｉ・ΔＸ，−ｊ・ΔＹ）［但し、ｉ＝０，１，２・・・Ｉ、ｊ＝０，１，２・・・・Ｊであり、実施例１にあっては、ΔＸ＝ΔＹ＝０．０５、Ｉ＝Ｊ＝１８であり、ΔＸ・Ｉ＝σ、ΔＹ・Ｊ＝σであり、σは光源の大きさを示し、１以下の正の実数である］に位置する点光源のそれぞれから射出されると想定した光が、露光用マスクに形成されたＱ種類（実施例１においては、Ｑ＝３）の所定のピッチＰq（ｑ＝１，２・・・Ｑ）を有するパターンにて回折され、フォトレジスト層において結像したときの光強度分布（４点光源による転写光学像の光強度分布）をピッチ毎に計算により求め、この光強度分布から規格化像光強度対数勾配値［ＮＩＬＳ値，式（２）参照］である値Ｓq（ｉ・ΔＸ，ｊ・ΔＹ）をｉ＝０〜Ｉ、ｊ＝０〜Ｊについて算出する。
【００４０】
尚、露光用マスクに形成されたパターンがｘ方向及びｙ方向に延びているとしたが故に、最終的に得られる有効光源の形状も、ｘ軸に対して対称であり、且つ、ｙ軸に関して対称である４つの点光源を考慮する必要がある。
【００４１】
図２の（Ａ）に、点Ａ1［（ｉ，ｊ）＝（５，２）］、点Ａ2［（ｉ，ｊ）＝（−５，２）］、点Ａ3［（ｉ，ｊ）＝（−５，−２）］、点Ａ4［（ｉ，ｊ）＝（５，−２）］の４点の点光源を示し、図２の（Ｂ）には、係る４つの点光源に基づく、セミデンスパターン（ｑ＝２）における１５０ｎｍデフォーカス面の転写光学像の光強度分布計算結果を模式的に実線で示す。更には、図２の（Ａ）に、点Ｂ1［（ｉ，ｊ）＝（１，６）］、点Ｂ2［（ｉ，ｊ）＝（−１，６）］、点Ｂ3［（ｉ，ｊ）＝（−１，−６）］、点Ｂ4［（ｉ，ｊ）＝（１，−６）］の４点の点光源を示し、図２の（Ｂ）には、係る４つの点光源に基づく、セミデンスパターン（ｑ＝２）における１５０ｎｍデフォーカス面の転写光学像の光強度分布計算結果を模式的に点線で示す。尚、図２の（Ａ）の横軸σX、縦軸σYは投影レンズの開口数ＮＡで規格化されている。また、図２の（Ｂ）における横軸はフォトレジスト層における位置座標、縦軸は光強度（単位は任意）である。
【００４２】
ここで、転写光学像の光強度分布の計算は、基本的には、特許第３４５８５４９号の段落番号［００１７］〜［００３９］に記載された手法に基づいている。
【００４３】
即ち、露光装置における投影光学系にあっては、全系の絞りは第１群レンズ群、第２群レンズ群の焦点面に配置されており、両テレセントリックな結像系であり、また、全系としてアフォーカルな系であるとする。即ち、露光用マスクと瞳面（絞りと略等しい）、瞳面とフォトレジスト面は、フーリエ変換の関係にある。露光用マスクを照明する照明光学系からの露光光は、全て、平面波展開することにより表現することができる。アフォーカルな特性ゆえに、１つ１つの平面波は、露光光における点光源１つ１つに対応している。尚、以上の説明に関しては、特許第３４５８５４９号の図６を参照のこと。
【００４４】
このような特徴を有するが故に、露光用マスク上、瞳面、フォトレジスト面上の各々の座標系を（ｘ，ｙ），（ξ，η），（α，β）とし、第１群レンズ群、第２群レンズ群の焦点距離をｆ1，ｆ2としたとき、露光用マスクの透過関数をｏ（ｘ，ｙ）とすれば、瞳面上での振幅分布ｆ（ξ，η，θ1，θ2）は、以下の式（５）で表すことができる。ここで、θ1，θ2は、露光用マスクに入射する平面波のｘ方向，ｙ方向の入射角である。
【００４５】
2006216639.tif 000007
【００４６】
そして、フォトレジスト面上での振幅分布をｇ（α，β，θ1，θ2）、瞳関数をｐ（ξ，η）とすると、以下の式（６）が成り立つ。
【００４７】
2006216639.tif 000008
【００４８】
更には、入射角θ1，θ2で入射した平面波のフォトレジスト面上での光強度分布Ｉ（α，β，θ1，θ2）は、以下の数（７）で表すことができる。
【００４９】
2006216639.tif 000009
【００５０】
そして、全体の光強度分布Ｉ（α，β）は、各平面波の重ね合わせとなるので、重み関数をｗ（θ1，θ2）とすると、以下の式（８）が成り立つ。
【００５１】
2006216639.tif 000010
【００５２】
ここで、露光用マスクに形成されたパターンを、ｙ方向に平行な等間隔の格子状パターンとすると、パターンのピッチを数学的に表現するパターンの透過関数ｏ（ｘ，ｙ）は、パターン周波数をωとして、次の式（９）で表すことができる。
【００５３】
2006216639.tif 000011
【００５４】
従って、瞳面上での振幅分布ｆ（ξ，η，θ1，θ2）は、以下の式（１０）で表すことができる。
【００５５】
2006216639.tif 000012
【００５６】
瞳面での波面収差をＷ（ξ，η）とすると、ウエハ面上での振幅分布ｇ（α，β，θ1，θ2）は、以下の式（１１）で表すことができる。尚、デフォーカス量に関しては、波面収差Ｗ（ξ，η）として扱う。
【００５７】
2006216639.tif 000013
【００５８】
ここで、式（１１）から明らかなように、瞳面での物体のスペクトル分布は、δ関数の和である。従って、ｎ番目の回析光が瞳面に入るか入らないかの判定は、明確である。そこで、式（８）にて回析光が瞳面に入るか入らないかを判定する Vignetting factor「Ｐｎ」を用いた。即ち、回析光が瞳面に入る場合には式（１２−１）とし、回析光が瞳面に入らない場合には式（１２−２）とする。
【００５９】
Ｐｎ（θ1，θ2）＝１      （１２−１）
Ｐｎ（θ1，θ2）＝０      （１２−２）
【００６０】
以上より、フォトレジスト面上での個々の平面波の強度分布Ｉ（α，β，θ1，θ2）は、以下の式（１３）で表すことができる。
【００６１】
2006216639.tif 000014
【００６２】
収差等を無視した理想結像の場合、Ｗ（ξ，η）＝０である。故に、個々の平面波の強度分布Ｉ（α，β，θ1，θ2）は、以下の式（１４）で表すことができる。
【００６３】
2006216639.tif 000015
【００６４】
こうして得られたデフォーカス光学像の光強度分布計算結果から式（２）に基づきＮＩＬＳ値である値Ｓq（ｉ・ΔＸ，ｊ・ΔＹ）を算出する。尚、以上の操作を、これらの計算を最大σ内の点光源の全てに対して行う。
【００６５】
ここで、光学像の光強度分布の計算及びＮＩＬＳ値の計算を、ベストフォーカス状態で計算するのではなく、デフォーカス面における計算とした理由は、ベストフォーカス状態で有効光源の形状を最適化しても、デフォーカスに対するフォトレジスト層に形成されるパターンのＣＤ（Critical Dimension）値の変動を抑えることができず、所望の焦点深度（ＤＯＦ）、云い換えれば、所望のプロセス・マージンが得られないからである。
【００６６】
デンスパターン（ｑ＝１）における、コヒーレンスファクタ（σ）＝０．９内の有効光源内の点光源に関する第１象限でのＮＩＬＳ値計算結果を図３の（Ａ）に示し、計算結果のコンター図を図３の（Ｂ）に示す。
【００６７】
また、セミデンスパターン（ｑ＝２）における、コヒーレンスファクタ（σ）＝０．９内の有効光源内の点光源に関する第１象限でのＮＩＬＳ値計算結果を図４の（Ａ）に示し、計算結果のコンター図を図４の（Ｂ）に示す。尚、この場合、ＮＩＬＳ値を求めるための光学像の幅ＷＤは、実際のフォトレジスト材料の抜け性を考慮して、１１０ｎｍとする。
【００６８】
更には、孤立パターン（ｑ＝３）における、コヒーレンスファクタ（σ）＝０．９内の有効光源内の点光源に関する第１象限でのＮＩＬＳ値計算結果を図５の（Ａ）に示し、計算結果のコンター図を図５の（Ｂ）に示す。尚、この場合にも、ＮＩＬＳ値を求めるための光学像の幅ＷＤは、実際のフォトレジスト材料の抜け性を考慮して、１１０ｎｍとする。
【００６９】
図３の（Ｂ）、図４の（Ｂ）、図５の（Ｂ）からも明らかなように、ＮＩＬＳ値の分布は、各ピッチによって大きく異なる。このため、これらのＮＩＬＳ値を単純に加算平均しても、殆どの場合、総合的に最適な有効光源の形状を得ることはできない。
【００７０】
［ステップ−３］
次に、各ピッチＰqにおいて設定された重率ＷＴqに基づき、以下の式（１）から、重率平均した値ＳOPT（ｉ・ΔＸ，ｊ・ΔＹ）を算出する。ここで、重率ＷＴqの値を、以下の表３のとおりとしたが、各ピッチＰqにおける重率ＷＴqの設定は、多数の光源強度分布設計方法の実行に基づく多数のデータの積み重ねから決定すればよい。ここでは、図４の（Ｂ）及び図５の（Ｂ）が比較的類似した分布を有することから、表３に示すような重率ＷＴqとした。
【００７１】
2006216639.tif 000016
【００７２】
［表３］
ｑ＝１    ＷＴ1＝２
ｑ＝２    ＷＴ2＝１
ｑ＝３    ＷＴ3＝１
【００７３】
値ＳOPT（ｉ・ΔＸ，ｊ・ΔＹ）の計算結果を以下の表４に示し、計算結果のコンター図を図６に示す。尚、これらの値ＳOPT（ｉ・ΔＸ，ｊ・ΔＹ）の内の最大値をＭａｘ（ＳOPT）としたとき、各値ＳOPT（ｉ・ΔＸ，ｊ・ΔＹ）をＭａｘ（ＳOPT）で除して、値ＳOPT（ｉ・ΔＸ，ｊ・ΔＹ）を規格化している。
【００７４】
［表４］
2006216639.tif 000017
【００７５】
［ステップ−４］
実施例１にあっては、こうして、値ＳOPT（ｉ・ΔＸ，ｊ・ΔＹ）なる相対光強度分布が得られるように、露光光源から射出され、露光用マスクへ入射する照明光の角度に対する光源強度分布（有効光源の形状）を、一旦、決定する。具体的には、表４に計算結果を示し、更に規格化計算した結果のコンター図を図６に示す。この値ＳOPT（ｉ・ΔＸ，ｊ・ΔＹ）の規格化された分布を、有効光源の形状とする。そして、決定された有効光源の形状（図６参照）に基づき、露光用マスクに形成されたＱ種類（実施例１にあっては、Ｑ＝３）の所定のピッチＰq（ｑ＝１，２・・・Ｑ）を有するマスクパターンを基体に塗布形成されたフォトレジスト層に転写したときのプロセス・マージンを算出する。そして、全てのピッチＰq（ｑ＝１，２・・・Ｑ）において、算出されたプロセス・マージンが所定のプロセス・マージンを満足しているか否かを評価する。
【００７６】
更に具体的には、各ピッチＰqにおけるマスクバイアス値（マスクスペース寸法値）を計算する。ここでは、露光量を決めるための基準パターンをデンスパターン（ｑ＝１）に相当するパターンに固定し、光近接効果補正（Optical Proximity Effect Correction;ＯＰＣ）を施し、スペース幅９０ｎｍが得られる露光量を基準露光量として求める。更に、この基準露光量で、セミデンスパターン（ｑ＝２）に相当するパターン、及び、孤立パターン（ｑ＝３）に相当するパターンをフォトレジスト層に転写して、フォトレジスト層にスペース幅１１０ｎｍが得られるようなマスクスペース幅ＣＤ値を求める。マスクスペース幅ＣＤ値の計算結果を、以下の表５に示す。
【００７７】
［表５］
スペース幅ＣＤ値
デンスパターン（ｑ＝１）        ９０ｎｍ
セミデンスパターン（ｑ＝２）  １１５ｎｍ
孤立パターン（ｑ＝３）          １２５ｎｍ
【００７８】
基準露光量、ピッチ毎のマスクスペース幅ＣＤ値、及び、前述の最適照明を用い、プロセス誤差因子として露光量及びデフォーカスを変化させたときのフォトレジスト層への転写後のスペース幅ＣＤ値をピッチ毎に計算し、プロセス・マージンを算出する。尚、実施例１では、実際のフォトレジスト材料の抜け性を考慮して、デンスパターン（ｑ＝１）に相当するパターンにあっては目標スペース幅ＣＤ値を９０ｎｍとし、セミデンスパターン（ｑ＝２）及び孤立パターン（ｑ＝３）に相当するパターンにあっては、目標スペース値ＣＤ値を１１０ｎｍとしている。
【００７９】
実施例１では、転写レジストスペース幅ＣＤ値の許容誤差を±１０％とし、必要とされるプロセス・マージンに関して、露光量裕度７％の場合における焦点深度（ＤＯＦ）を０．２５μｍとした。
【００８０】
そして、評価の結果、もしも、全てのピッチＰq（ｑ＝１，２・・・Ｑ）において、算出されたプロセス・マージンが所定のプロセス・マージンを満足していない場合、［ステップ−３］に戻り、各ピッチＰqにおける重率ＷＴqを変更して、具体的には、プロセス・マージンが不足しているピッチの重率ＷＴqを相対的に増やして、［ステップ−４］を実行するといった手順を、全てのピッチＰq（ｑ＝１，２・・・Ｑ）において、算出されたプロセス・マージンが所定のプロセス・マージンを満足する迄、繰り返す。
【００８１】
図７の（Ａ）に、図６に示した最適化された有効光源、表３に示す重率ＷＴq、表５に示したマスクスペースＣＤ値で計算したピッチ毎のプロセス・マージン（露光量裕度と焦点深度）のシミュレーション例を示す。また、比較例１として、図７の（Ｂ）に、σ＝０．９、２／３輪帯を露光光源としたピッチ毎のプロセス・マージンのシミュレーション例を示す。ここで、図７の（Ａ）及び（Ｂ）において、曲線「Ａ」，「Ｂ」，「Ｃ」は、デンスパターン（ｑ＝１）、セミデンスパターン（ｑ＝２）及び孤立パターン（ｑ＝３）における露光量裕度を示す。更には、露光量裕度７％の場合における焦点深度（ＤＯＦ）の値（単位：μｍ）を、以下の表６に示す。
【００８２】
図７の（Ａ）に示すように、図７の（Ｂ）に示す比較例１と比較して、特に、セミデンスパターン（ｑ＝２）及び孤立パターン（ｑ＝３）に相当するパターンにおけるプロセス・マージンが、改善されていることが判る。これは、ピッチ毎に高いＮＩＬＳ値が得られるように、ピッチ毎に光源内の光強度分布を最適化し、ピッチ毎に最適化した有効光源を適切な重率を掛けて加算平均しているためである。
【００８３】
［表６］
目標スペース幅    実施例１        比較例１
デンスパターン（ｑ＝１）        ９０ｎｍ        ０．４９１５    ０．６１７２
セミデンスパターン（ｑ＝２）  １１０ｎｍ        ０．２５５９    ０．１７２１
孤立パターン（ｑ＝３）          １１０ｎｍ        ０．３１９４    ０．１７２７
【００８４】
また、表４に計算結果を示し、計算結果値ＳOPT（ｉ・ΔＸ，ｊ・ΔＹ）の規格化された分布（図６のコンター図）を最適な有効光源の形状とし、マスクスペース幅と目標スペース幅ＷＤを９０ｎｍに固定し、全てのピッチにおけるベストフォーカス及び１５０ｎｍデフォーカス面でのＮＩＬＳ値を、図８に、それぞれ、曲線「点線Ａ」及び「実線Ｂ」にて示した。図８中には、比較例１として、典型的な照明条件であるσ＝０．９、２／３輪帯におけるベストフォーカス及び１５０ｎｍデフォーカス面でのＮＩＬＳ値も、それぞれ、曲線「点線ａ」及び「実線ｂ」にて示した。実施例１にあっては、ＮＩＬＳ値は、全ピッチで比較例１の輪帯照明を上回っており、フォトレジスト層に形成される光学像の急峻度が向上していることが判る。更に、図８において、実施例１と比較例１とを比較すると、ベストフォーカス時、及び、デフォーカス時、共に、実施例１の方がピッチに対するＮＩＬＳ値の起伏が小さいが、これは、最適化された有効光源の形状がグレー階調を有することに起因している。これにより、光近接効果補正に基づく露光用マスクのパターン補正値の必要レンジを小さくすることが可能となるといった効果が生じる。
【００８５】
以上により、デンスパターン（ｑ＝１）から孤立パターン（ｑ＝３）に亙り、従来技術の典型例である輪帯照明と比較して、プロセス・マージンが向上し、本発明の光源強度分布設計方法が有効であることが判る。
【００８６】
実施例１にあっては、評価の結果、図７の（Ａ）に示すように、全てのピッチＰq（ｑ＝１，２・・・Ｑ）において、算出されたプロセス・マージンが所定のプロセス・マージン（具体的には、露光量裕度７％の場合における焦点深度（ＤＯＦ）０．２５μｍ）を満足していたので、［ステップ−３］に戻ることなく、露光光源から射出され、露光用マスクへ入射する照明光の角度に対する最適な光源強度分布（最適化された有効光源の形状）が得られたとして終了する。
【００８７】
このようにして得られた照明光の角度に対する最適な光源強度分布を露光装置において実現するための例を、図９に概念図として示す。この露光装置は、レーザ装置から成る露光光生成部１１、露光光生成部１１から射出され、ビーム整形光学系（図示せず）を通過した露光光（レーザ光）が入射する回折光学素子（ＤＯＥ）１２、回折光学素子（ＤＯＥ）１２から射出され、コリメートレンズ系１３を通過した露光光（レーザ光）が入射するハエの目（フライ・アイ）レンズから成るユニフォーマ１４、コンデンサレンズ１５、投影系レンズ群１６から構成されている。コンデンサレンズ１５と投影系レンズ群１６との間には露光用マスク２０が配置されている。図９において、参照番号３０は基体（図示せず）に塗布形成されたフォトレジスト層である。露光用マスク２０を照明する照明光における等価光源面１５Ａは投影系レンズ群１６の瞳面１６Ａと共役の関係となっている。従って、最適化された照明光の角度に対する光源強度分布を、等価光源面１５Ａに形成すればよい。尚、回折光学素子（ＤＯＥ）１２から射出され、コリメートレンズ系１３を通過した露光光（レーザ光）がハエの目（フライ・アイ）レンズから成るユニフォーマ１４に入射した部分を拡大した模式図を図１０に示す。
【００８８】
ここで、回折光学素子（ＤＯＥ）１２は、例えば、特開２００１−２４２４１４等に開示された技術、即ち、回折光学素子の位相関数の初期解を生成するステップと、この位相関数の初期解による点像分布関数を計算するステップと、この点像分布関数の分布とこの点像分布関数から決定されるターゲット関数とを評価関数として、最適化アルゴリズムによりこの評価関数に最も近づくように位相関数の解を収束させるプロセスとを有するビーム整形素子の設計方法に基づき、設計すればよい。
【００８９】
また、こうして得られた回折光学素子（ＤＯＥ）１２に基づき有効光源の形状が得られたか否かは、例えば、特開２００１−２３０１８０に開示された技術、即ち、照明光学系から射出した光を、有限の周期で透光部と遮光部が繰り返され、且つ、透光部と遮光部の比が複数与えられた回折格子パターンであって周囲を遮光領域で遮られた光透過パターンを含む光学部材によりパターンが形成されたフォトマスクに導き、このフォトマスクを通過して発生した０次回折光を投影光学系を通してウエハ上に転写し、このウエハ上に転写された０次回折光のパターン像に基づいて、フォトマスクから照明光学系を見た２次光源内の光強度分布を測定するものであって、フォトマスクとウエハが投影光学系に関して非共役な状態で転写する露光装置の検査方法に基づき、検証すればよい。
【実施例２】
【００９０】
実施例２は、本発明の露光方法、及び、本発明の半導体装置の製造方法に関する。即ち、露光方法に関しては、半導体装置の製造過程におけるリソグラフィ工程において用いられ、露光光源から射出された光（照明光）を露光用マスクに照射し、該露光用マスクに形成されたパターンを基体に塗布形成されたフォトレジスト層に転写する露光方法である。また、半導体装置の製造方法に関しては、露光光源から射出された光（照明光）を露光用マスクに照射し、該露光用マスクに形成されたパターンを基体に塗布形成されたフォトレジスト層に転写し、該フォトレジスト層を現像して得られたエッチング用マスクを用いて基体をエッチングする工程を含む半導体装置の製造方法である。そして、露光光源から射出され、露光用マスクへ入射する照明光の角度に対する最適化され光源強度分布（最適化された有効光源の形状）を、実施例１に基づいて設定する。
【００９１】
そして、実施例２においては、具体的には、図１１の（Ａ）に模式的な一部断面図を示すように、基体は、半導体基板４０の上方に形成された層間絶縁層４１から構成されているが、これに限定するものではない。そして、層間絶縁層４１の上に、例えばポジ型のフォトレジスト層４２を塗布形成する。尚、実施例１と同様の方法にて決定された、露光光源から射出され、露光用マスクへ入射する照明光の角度に対する最適化された光源強度分布を、露光光源と露光用マスクとの間に配置された回折光学素子に基づき得た露光装置を用いて、露光用マスク５０に照明光を照射し、露光用マスク５０に形成されたマスクパターンを基体である層間絶縁層４１上に塗布形成されたフォトレジスト層４２に転写する。この状態を図１１の（Ｂ）に示すが、斜線を付したフォトレジスト層４２の部分がパターン転写部分である。また、参照番号５１，５２は、それぞれ、露光用マスク５０を構成するガラス基板及び遮光用薄層である。次いで、フォトレジスト層４２を現像した後、パターニングされたフォトレジスト層４２をエッチング用マスクとして、基体、より具体的には層間絶縁層４１をエッチングすることで、層間絶縁層４１にトレンチ４３を形成することができる（図１１の（Ｃ）参照）。その後、アッシング処理にてフォトレジスト層４２を除去し（図１１の（Ｄ）参照）、トレンチ４３内を含む層間絶縁層４１上に銅層をメッキ法にて形成し、層間絶縁層４１上の銅層を例えば化学的／機械的研磨法（ＣＭＰ法）に基づき除去することで、トレンチ４３内に銅配線４４を形成することができる。こうして、図１１の（Ｅ）に示す構造を有する半導体装置を製造することができる。
【００９２】
以上、本発明を好ましい実施例に基づき説明したが、本発明はこれらの実施例に限定されるものではない。実施例にて使用した材料や各種条件は例示であり、適宜変更することができる。また、実施例１や実施例２における各工程も変更することが可能である。
【図面の簡単な説明】
【００９３】
【図１】図１は、実施例１の光源強度分布設計方法を説明するための流れ図である。
【図２】図２の（Ａ）は、露光光源をマトリックス状に区切った点光源を示す図であり、図２の（Ｂ）は、４つの点光源（点Ａ1〜点Ａ4及び点Ｂ1〜点Ｂ4）に基づくデフォーカス光学像の計算結果を示す図である。
【図３】図３の（Ａ）及び（Ｂ）は、それぞれ、実施例１のデンスパターン（ｑ＝１）における第１象限でのＮＩＬＳ値計算結果、及び、計算結果のコンター図である。
【図４】図４の（Ａ）及び（Ｂ）は、それぞれ、実施例１のセミデンスパターン（ｑ＝２）における第１象限でのＮＩＬＳ値計算結果、及び、計算結果のコンター図である。
【図５】図５の（Ａ）及び（Ｂ）は、それぞれ、実施例１の孤立パターン（ｑ＝３）における第１象限でのＮＩＬＳ値計算結果、及び、計算結果のコンター図である。
【図６】図６は、実施例１における値ＳOPT（ｉ・ΔＸ，ｊ・ΔＹ）の計算結果のコンター図である。
【図７】図７の（Ａ）は、実施例１における重率ＷＴqで計算したピッチ毎のプロセス・マージンのシミュレーション例を示す図であり、図７の（Ｂ）は、比較例１におけるピッチ毎のプロセス・マージンのシミュレーション例を示す図である。
【図８】図８は、実施例１及び比較例２において、スペース幅を９０ｎｍに固定し、全ピッチにおけるベストフォーカス及び１５０ｎｍデフォーカス面でのＮＩＬＳ値を示す図である。
【図９】図９は、実施例１の露光装置の概念図である。
【図１０】図１０は、回折光学素子（ＤＯＥ）から射出され、コリメートレンズ系を通過した照明光（レーザ光）がハエの目（フライ・アイ）レンズから成るユニフォーマに入射した部分を拡大した模式図である。
【図１１】図１１の（Ａ）〜（Ｅ）は、実施例２を説明するための、半導体基板等の模式的な一部断面図である。
【図１２】図１２は、特許第３４５８５４９号に開示された４５度方位の４重極照明を示す図である。
【図１３】図１３は、特許第３４５８５４９号における光源形状（光強度分布）を示す図である。
【符号の説明】
【００９４】
１１・・・露光光生成部、１２・・・回折光学素子（ＤＯＥ）、１３・・・コリメートレンズ系、１４・・・ユニフォーマ、１５・・・コンデンサレンズ、１５Ａ・・・照明光学系の瞳面（等価光源面）、１６・・・投影系レンズ群、１６Ａ・・・投影系レンズ群の瞳面、２０・・・露光用マスク、３０・・・フォトレジスト層、４０・・・半導体基板、４１・・・層間絶縁層、４２・・・フォトレジスト層、４３・・・トレンチ、４４・・・銅配線、５０・・・露光用マスク、５１・・・ガラス基板、５２・・・遮光用薄層
【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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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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