(57)【要約】【課題】コンピュータシミュレーションによるリソグラフ投影装置の照明条件の最適化。【解決手段】コンピュータシミュレーションによってリソグラフ投影装置の照明条件を最適化する方法において、リソグラフ投影装置は、照明器と、投影系とを含み、照明条件を最適化する方法は、基板上に転写されるリソグラフパターンを画定する段階と、シミュレーションモデルを選択する段階と、照明器の瞳面内の光源点の格子を選択する段階と、各投射源点について、各々がシミュレーションモデルを用いての単一の、または、一連のシミュレーションの結果である個別応答を計算する段階と、個別計算の蓄積された結果に基づいて照明配置を調整する段階とを含む。【選択図】図６
2004247737.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
コンピュータシミュレーションによってリソグラフ装置の照明条件を最適化する方法において、
前記リソグラフ装置が、照明器と投影系とを含み、
基板上に転写されるリソグラフパターンを規定する段階と、
シミュレーションモデルを選択する段階と、
前記照明器の瞳面内の放射源点の格子を選択する段階と、
各放射源点について、各々が前記シミュレーションモデルを用いての単一の、または、一連のシミュレーションの結果である個別応答を計算する段階と、
前記個別計算の蓄積された結果の解析に基づいて前記照明器の照明配置を調整する段階とを含むコンピュータシミュレーションによってリソグラフ装置の照明条件を最適化する方法。
【請求項２】
前記応答の各々が、焦点と露光とのマトリックスであり、かつ、照射量許容範囲と、焦点深度に関する情報とを含むプロセスウィンドウになる請求項１に記載されたコンピュータシミュレーションによってリソグラフ装置の照明条件を最適化する方法。
【請求項３】
前記方法が、前記照明配置に含まれる前記各放射源点について前記個別応答を平均化して、試験照明方式の応答を計算する段階をさらに含む請求項１に記載されたコンピュータシミュレーションによってリソグラフ装置の照明条件を最適化する方法。
【請求項４】
前記応答が、Ｅ1:1、密集／孤立形状バイアス、形状のサイズによる任意バイアス、サイドローブ転写、フィルム損失、側壁角度、マスク欠陥増加要因、線形解像力、または、絶対解像力である請求項１に記載されたコンピュータシミュレーションによってリソグラフ装置の照明条件を最適化する方法。
【請求項５】
前記方法が、前記応答を各放射源点の位置の関数として図示する段階をさらに含む請求項１に記載されたコンピュータシミュレーションによってリソグラフ装置の照明条件を最適化する方法。
【請求項６】
前記方法が、照射量による加重値を前記応答に与える段階をさらに含む請求項１に記載されたコンピュータシミュレーションによってリソグラフ装置の照明条件を最適化する方法。
【請求項７】
前記格子の間隔が、０．０１〜０．２の範囲である請求項１に記載されたコンピュータシミュレーションによってリソグラフ装置の照明条件を最適化する方法。
【請求項８】
前記シミュレーションで得られた格子が、格子点密度を増加させるために内挿されて平均化を助成する請求項１に記載されたコンピュータシミュレーションによってリソグラフ装置の照明条件を最適化する方法。
【請求項９】
前記照明配置の調整段階が、ピラミッド形のプリズムに対するアクシコン／ズームモジュールの位置、回折光学系の位置、または、開口ブレードの位置を変化させることによって、あるいは、プログラム可能なミラー配列を調整することによって前記照明配置を調整する段階を含む請求項１に記載されたコンピュータシミュレーションによってリソグラフ装置の照明条件を最適化する方法。
【請求項１０】
前記照明配置の調整段階が、多極子照明器配置を選択する段階を含む請求項１に記載されたコンピュータシミュレーションによってリソグラフ装置の照明条件を最適化する方法。
【請求項１１】
前記照明配置の調整段階が、多極子生成素子を用いて照明配置を規定する段階を含む請求項１に記載されたコンピュータシミュレーションによってリソグラフ装置の照明条件を最適化する方法。
【請求項１２】
シミュレーションモデルの選択段階が、前記パターンを前記基板上に転写するために用いられるレジスト工程を選ぶ段階を含む請求項１に記載されたコンピュータシミュレーションによってリソグラフ装置の照明条件を最適化する方法。
【請求項１３】
前記レジストモデルが、適切に実験結果を予測することができるように較正されたモデルである請求項１２に記載されたコンピュータシミュレーションによってリソグラフ装置の照明条件を最適化する方法。
【請求項１４】
前記レジストモデルの規定段階が、ベクトル効果、活性種の非ゼロ散乱、および、有限溶解コントラストの少なくとも一つを考慮に入れたレジストモデルを規定する段階を含む請求項１２に記載されたコンピュータシミュレーションによってリソグラフ装置の照明条件を最適化する方法。
【請求項１５】
請求項１に記載されたコンピュータシミュレーションによってリソグラフ装置の照明条件を最適化する方法が、前記各放射源点について、焦点はずれによる前記個別応答の変化を表す距離を計算する段階をさらに含み、また、前記照明配置の調整段階が、前記距離の解析に基づいて前記照明配置を調整する段階を含む方法。
【請求項１６】
前記距離の計算段階が、
焦点はずれを適用する段階と、
前記焦点はずれ時の前記各放射源点について、各々が前記シミュレーションモデルを用いての単一の、または、一連のシミュレーションの結果である焦点はずれによる個別応答を計算する段階と、
前記各放射源点について、前記個別応答を前記焦点はずれによる個別応答と比較する段階とを含む請求項１５に記載されたコンピュータシミュレーションによってリソグラフ装置の照明条件を最適化する方法。
【請求項１７】
前記比較段階が、前記各放射源点について個別の距離応答を決定する段階を含む請求項１６に記載されたコンピュータシミュレーションによってリソグラフ装置の照明条件を最適化する方法。
【請求項１８】
前記個別の距離応答が、前記焦点はずれによる応答の値の増大、または、前記焦点はずれによる応答の値の縮小のいずれかに相当する請求項１７に記載されたコンピュータシミュレーションによってリソグラフ装置の照明条件を最適化する方法。
【請求項１９】
前記決定段階が、前記各放射源点について、前記個別の距離応答を前記個別応答から減算する段階を含む請求項１７に記載されたコンピュータシミュレーションによってリソグラフ装置の照明条件を最適化する方法。
【請求項２０】
前記照明配置の調整段階が、前記距離応答を各放射源点の位置の関数として図示する段階を含む請求項１７に記載されたコンピュータシミュレーションによってリソグラフ装置の照明条件を最適化する方法。
【請求項２１】
前記照明配置の調整段階が、逆の距離応答作用を有する放射源点を捕捉する照明配置を選択する段階を含む請求項１８に記載されたコンピュータシミュレーションによってリソグラフ装置の照明条件を最適化する方法。
【請求項２２】
前記焦点はずれが、０．０２〜０．４μｍの範囲にある請求項１５に記載されたコンピュータシミュレーションによってリソグラフ装置の照明条件を最適化する方法。
【請求項２３】
前記シミュレーションモデルの選択段階が、完全レジストモデル、空中像モデル、集中定数モデル、または、可変閾値レジストモデルのいずれかを選択する段階を含む請求項１５に記載されたコンピュータシミュレーションによってリソグラフ装置の照明条件を最適化する方法。
【請求項２４】
前記レジストモデルが、適切に実験結果を予測することができるように較正されたモデルである請求項２３に記載されたコンピュータシミュレーションによってリソグラフ装置の照明条件を最適化する方法。
【請求項２５】
前記レジストモデルが、ベクトル効果、活性種の非ゼロ散乱、および、有限溶解コントラストの少なくとも一つを考慮に入れたレジストモデルを規定する段階を含む請求項２４に記載されたコンピュータシミュレーションによってリソグラフ装置の照明条件を最適化する方法。
【請求項２６】
前記個別応答が、パターンの限界寸法または照度閾値のいずれか一方を含む請求項１５に記載されたコンピュータシミュレーションによってリソグラフ装置の照明条件を最適化する方法。
【請求項２７】
前記照明配置の調整段階が、焦点はずれによる前記個別応答の変化が最小化されるように、または、縮小されるように照明配置を選択する段階を含む請求項１５に記載されたコンピュータシミュレーションによってリソグラフ装置の照明条件を最適化する方法。
【請求項２８】
請求項１５に記載されたコンピュータシミュレーションによってリソグラフ装置の照明条件を最適化する方法において、前記各放射源点について、各々が前記シミュレーションモデルを用いての単一の、または、一連のシミュレーションの結果である異なる個別応答を計算する段階をさらに含む請求項１５に記載されたコンピュータシミュレーションによってリソグラフ装置の照明条件を最適化する方法。
【請求項２９】
前記照明配置の調整段階が、前記異なる個別応答の解析に基づいて前記照明配置を調整する段階を含む請求項２８に記載されたコンピュータシミュレーションによってリソグラフ装置の照明条件を最適化する方法。
【請求項３０】
前記異なる応答が、露光許容範囲、焦点深度、Ｅ1:1、密集／孤立形状バイアス、形状による任意バイアス、サイドローブ転写、フィルム損失、側壁角度、マスク欠陥増加要因、線形解像力、または、絶対解像力のいずれかを含む請求項２８に記載されたコンピュータシミュレーションによってリソグラフ装置の照明条件を最適化する方法。
【請求項３１】
請求項２８に記載されたコンピュータシミュレーションによってリソグラフ装置の照明条件を最適化する方法において、前記異なる個別応答を各放射源点の位置の関数として図示する段階をさらに含む請求項２８に記載されたコンピュータシミュレーションによってリソグラフ装置の照明条件を最適化する方法。
【請求項３２】
請求項１５に記載されたコンピュータシミュレーションによってリソグラフ装置の照明条件を最適化する方法において、前記個別応答の変化を各放射源点の位置の関数として図示する段階をさらに含む請求項１５に記載されたコンピュータシミュレーションによってリソグラフ装置の照明条件を最適化する方法。
【請求項３３】
前記格子内の前記放射源点の間隔が、０．０１〜０．２の範囲である請求項１５に記載されたコンピュータシミュレーションによってリソグラフ装置の照明条件を最適化する方法。
【請求項３４】
前記照明配置の調整段階が、ピラミッド形のプリズムに対するアクシコン／ズームモジュールの位置、回折光学系の位置、または開口ブレードの位置を変化させることによって、あるいは、プログラム可能なミラー配列を調整することによって前記照明配置を調整する段階を含む請求項１５に記載されたコンピュータシミュレーションによってリソグラフ装置の照明条件を最適化する方法。
【請求項３５】
前記照明配置の調整段階が、多極子照明配置を選択する段階を含む請求項１５に記載されたコンピュータシミュレーションによってリソグラフ装置の照明条件を最適化する方法。
【請求項３６】
請求項１に記載されたコンピュータシミュレーションによってリソグラフ装置の照明条件を最適化する方法において、前記投影系の少なくとも一組の収差を規定する段階をさらに含み、前記各放射源点について個別応答を計算する段階が、前記各放射源点と、前記少なくとも一組の収差とについて個別応答を計算する段階を含む請求項１に記載されたコンピュータシミュレーションによってリソグラフ装置の照明条件を最適化する方法。
【請求項３７】
前記各放射源点と、前記少なくとも一組の収差とについて前記個別応答を計算する段階が、前記各放射源点について、前記収差の組を有する個別応答を計算する段階を含む請求項３６に記載されたコンピュータシミュレーションによってリソグラフ装置の照明条件を最適化する方法。
【請求項３８】
請求項３７に記載されたコンピュータシミュレーションによってリソグラフ装置の照明条件を最適化する方法において、前記各放射源点について、前記個別応答を比較して、最大の個別応答を決定する段階をさらに含む請求項３７に記載されたコンピュータシミュレーションによってリソグラフ装置の照明条件を最適化する方法。
【請求項３９】
前記応答が、前記リソグラフパターンのＣＤ変化である請求項３８に記載されたコンピュータシミュレーションによってリソグラフ装置の照明条件を最適化する方法。
【請求項４０】
請求項３９に記載されたコンピュータシミュレーションによってリソグラフ装置の照明条件を最適化する方法において、前記最大のＣＤ変化を前記各放射源点の位置の関数として図示することをさらに含む請求項３９に記載されたコンピュータシミュレーションによってリソグラフ装置の照明条件を最適化する方法。
【請求項４１】
前記少なくとも一組の収差が、前記投影系の視野内の異なる位置に位置付けられる収差を含む請求項３６に記載されたコンピュータシミュレーションによってリソグラフ装置の照明条件を最適化する方法。
【請求項４２】
前記収差の組が、実際の光学系から得られた、または、代表する収差の組である請求項４１に記載されたコンピュータシミュレーションによってリソグラフ装置の照明条件を最適化する方法。
【請求項４３】
前記収差が、一体的に総合波面誤差とみなされる請求項４１に記載されたコンピュータシミュレーションによってリソグラフ装置の照明条件を最適化する方法。
【請求項４４】
前記投影系の少なくとも一組の収差を規定する段階が、複数の収差の組を規定する段階を含み、前記複数の収差の組の各々が、実際の光学系から得られた収差の組、または、代表する収差の組に相当する請求項３６に記載されたコンピュータシミュレーションによってリソグラフ装置の照明条件を最適化する方法。
【請求項４５】
請求項１に記載されたコンピュータシミュレーションによってリソグラフ装置の照明条件を最適化する方法において、前記基板上への前記リソグラフパターンの転写を助成するように構成配置されたマスク補助形状を規定する段階をさらに含み、前記各放射源点について個別応答を計算する段階が、前記各放射源点についてマスクアシスト形状を備えた場合と、備えない場合の個別応答を計算する段階を含む請求項１に記載されたコンピュータシミュレーションによってリソグラフ装置の照明条件を最適化する方法。
【請求項４６】
前記照明配置の調整段階が、前記マスク補助形状を備えて計算された最良の応答とほぼ同様の応答を、前記マスク補助形状を備えずに与える前記格子内の放射源点を選択する段階を含む請求項４５に記載されたコンピュータシミュレーションによってリソグラフ装置の照明条件を最適化する方法。
【請求項４７】
前記マスク補助形状が、前記マスク上に設けられた光近接効果補正、散乱防止バー、または、位相シフトウィンドウのいずれかである請求項４５に記載されたコンピュータシミュレーションによってリソグラフ装置の照明条件を最適化する方法。
【請求項４８】
請求項１に記載されたコンピュータシミュレーションによってリソグラフ装置の照明条件を最適化する方法において、複数の助変数とそれに付随する変化範囲とを規定する段階と、前記複数の助変数について前記リソグラフパターンのＣＤ変化を表す距離を計算する段階とをさらに含み、
前記各放射源点について個別応答を計算する段階が、前記複数の助変数の各々について個別のＣＤ変化を計算する段階を含む請求項１に記載されたコンピュータシミュレーションによってリソグラフ装置の照明条件を最適化する方法。
【請求項４９】
前記照明配置の調整段階が、前記距離の解析に基づいて前記照明配置を調整する段階を含む請求項４８に記載されたコンピュータシミュレーションによってリソグラフ装置の照明条件を最適化する方法。
【請求項５０】
前記複数の助変数の各々についての前記ＣＤ変化が、独立助変数として取り扱われる請求項４８に記載されたコンピュータシミュレーションによってリソグラフ装置の照明条件を最適化する方法。
【請求項５１】
前記距離の計算段階が、前記各放射源点についての前記ＣＤ変化の二項合計を計算する段階を含む請求項４８に記載されたコンピュータシミュレーションによってリソグラフ装置の照明条件を最適化する方法。
【請求項５２】
前記複数の助変数が、焦点範囲、照射量範囲、レンズ収差、フレアレベル、パターンの密度変化、および、マスクのＣＤ範囲を含む請求項４８に記載されたコンピュータシミュレーションによってリソグラフ装置の照明条件を最適化する方法。
【請求項５３】
リソグラフ投影装置において、
放射線の投影ビームを生成する照明系と、
前記投影ビームに所望のパターンに従うパターンを形成するときに用いられるパターン化構造体を支持するための支持構造体と、
基板を保持する基板テーブルと、
前記パターン化されたビームを前記基板上の目標部分に投影するための投影系と、
前記基板上に転写されるリソグラフパターンを規定し、前記照明系の瞳面内の放射源点の格子を選択し、各放射源点について、各々がシミュレーションモデルを用いての単一の、または、一連のシミュレーションの結果である個別応答を計算し、さらに、前記個別計算の蓄積された結果の解析に基づいて照明配置の最適化を計算するためのプロセッサと、
前記照明系から射出される前記投影ビームの断面方向の照度分布を、前記プロセッサによって計算された前記最適化照明配置に従って修正するようにされている選択的に変更可能なビーム制御装置とを含むリソグラフ投影装置。
【請求項５４】
前記プロセッサが、前記各放射源点について、焦点はずれによる前記個別応答の変化を表す距離を計算し、また、焦点範囲、照射量範囲、レンズ収差、フレアレベル、パターン密度の変化、および、ＣＤ範囲を含む複数の助変数によるＣＤ変化を表す距離を計算するように更に構成配置されている請求項５３に記載されたリソグラフ投影装置。
【請求項５５】
照明器の照明配置を最適化するための機械実行可能な命令を用いて符号化された機械読取り可能な媒体において、
基板上に転写されるリソグラフパターンを規定する段階と、
シミュレーションモデルを選択する段階と、
前記照明器の瞳面内の放射源点の格子を選択する段階と、
各放射源点について、各々が前記シミュレーションモデルを用いての単一の、または、一連のシミュレーションの結果である個別応答を計算する段階と、
前記照明配置を、前記個別計算の蓄積された結果の解析に基づいて調整する段階とを含む方法によって、照明器の照明配置を最適化するための機械実行可能な命令を用いて符号化された機械読取り可能な媒体。
【請求項５６】
デバイス製造方法において、
パターン化された放射線ビームを基板上の放射線感光材料層の目標部分に投影する段階を含み、
基板上に転写されるリソグラフパターンを規定する段階と、
シミュレーションモデルを選択する段階と、
前記照明器の瞳面内の放射源点の格子を選択する段階と、
各放射源点について、各々が前記シミュレーションモデルを用いての単一の、または、一連のシミュレーションの結果である個別応答を計算する段階と、
前記照明配置を、前記個別計算の蓄積された結果の解析に基づいて調整する段階とを含む方法を用いて、前記投影ビームの断面方向の照度分布が、前記マスクに衝突する前に最適化されるデバイス製造方法。
【請求項５７】
前記調整段階が、前記各放射源点に加重値を与える段階を含む請求項１７に記載されたコンピュータシミュレーションによってリソグラフ装置の照明条件を最適化する方法。
【請求項５８】
前記少なくとも一組の収差を規定する段階が、一組の代表的な収差と、前記投影系に対して特定の機能を有する代表的な収差の組とを規定する段階を含む請求項３６に記載されたコンピュータシミュレーションによってリソグラフ装置の照明条件を最適化する方法。
【請求項５９】
前記応答がＣＤ変化であり、前記ＣＤ変化を、前記各放射源点位置の関数として図示する段階をさらに含む請求項３６に記載されたコンピュータシミュレーションによってリソグラフ装置の照明条件を最適化する方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本申請は、リソグラフ装置の照明源を最適化するための方法に係わり、より具体的には、コンピュータシミュレーションを用いて照明源を最適化する方法に関するものである。
【０００２】
本申請は、２００３年２月１１日に出願された「完全レジストシミュレーションおよびプロセスウィンドウ距離を用いて照明源を最適化する方法」と題する米国特許出願第１０／３６１８３１号、および、２００３年１１月２０日に出願された「リソグラフ装置および等価焦点補正を用いて照明源を最適化する方法」と題する米国特許出願第１０／７１６４３９号の一部継続出願である。これら二つの申請の全記載内容を本明細書の記載として援用する。
【背景技術】
【０００３】
ここで用いられる用語「パターン化構造体」は、入射放射線ビームに、基板の目標部分に投影されるパターンに対応するパターン化された断面形状を形成するために用いることができる装置に言及していると幅広く解釈されるものとし、また、用語「光バルブ」もこの意味で使用可能である。一般に、このパターンは、集積回路やその他のデバイスなどの目標部分に形成されるデバイスの特定の機能層に対応する。マスクが、そのようなパターン化構造体の例である。マスクの概念はリソグラフィ技術ではよく知られており、バイナリー（binary）マスク、オールタネート型（alternating）位相シフトマスク、および、ハーフトーン型（attenuated）位相シフトマスクのような種類のマスクや、種々の複合マスクが含まれる。そのようなマスクを放射線ビーム中に配置すると、マスクに照射された放射線が、マスクのパターンに従って選択的に（透過型マスクの場合は）透過したり、または、（反射型マスクの場合は）反射されたりする。マスクの場合、支持構造体は、一般にマスクテーブルであり、マスクを入射放射線ビームの中に確実に保持し、必要なときには、ビームに対して移動することができる。
【０００４】
パターン化構造体の別の例は、プログラム可能なミラー配列である。そのような配列体の一例は、粘弾性制御層と反射面とを有するマトリックス状アドレスによって指定可能な面である。そのような装置の基本原理は、例えば、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、指定されなかった領域が入射光を非回折光として反射することである。適切なフィルタを用いることによって、この非回折光を反射ビームから除去し、回折光だけを残すことができる。このようにして、ビームは、マトリックス状アドレスによって指定可能な面のアドレス指定パターンに従ったパターンに形成される。プログラム可能なミラー配列の代替としての形態には、小型ミラーのマトリックス状配置が採用されており、各小型ミラーは、適当な局部電界を印加する、または、圧電駆動手段を用いることによって、軸を中心にして個別に傾斜することが出来る。ここでも、ミラーは、マトリックス状アドレスによって指定可能であり、アドレス指定されたミラーは、入射放射線ビームを異なる方向の、アドレス指定されなかったミラーに向けて反射する。このようにして、反射ビームは、マトリックス状アドレスによって指定可能なミラーのアドレス指定パターンに従ったパターンに形成される。必要なマトリックスによるアドレス指定は、適当な電子機器を用いることにより実行可能である。上に説明した両方の場合に、パターン化構造体は、一つ以上のプログラム可能なミラー配列を含むことができる。ここで説明したミラー配列に関する更なる情報については、例えば、米国特許第５２９６８９１号、同第５５２３１９３号、および、ＰＣＴ特許公開ＷＯ９８／３８５９７号、同ＷＯ９８／３３０９６号から調べることができる。プログラム可能なミラー配列の場合、支持構造体は、例えば、フレームまたはテーブルとして構成配置され、必要に応じて固定式であったり、可動式であったりする。
【０００５】
パターン化構造体の別の例は、プログラム可能なＬＣＤ配列である。そのような構成の例は、米国特許第５２２９８７２号に記載されている。上の例と同様に、この例の支持構造は、例えば、フレームまたはテーブルとして構成配置され、必要に応じて固定式であったり、可動式であったりする。
【０００６】
簡単にするために、以下、本明細書の特定の説明部分においては、マスクとマスクテーブルに関連する特定の例について説明する。しかし、そのような例で説明された普遍的原理は、先に定義したパターン化構造体という広い意味で理解されるものとする。
【０００７】
リソグラフ投影装置は、例えば、集積回路（ＩＣ）の製造に用いられる。そのような場合、パターン化構造体が、ＩＣの各層に対応する回路パターンを形成して、このパターンが、放射線感光材料（レジスト）が塗付された基板（シリコンウェハ）上の、（例えば、一つ以上のダイを含む）目標部分に投影される。一般に、一枚のウェハは、投影系によって個別に、しかし、連続的に照射される隣接する目標部分を含む網目構造を有する。マスクテーブルに載置されたマスクによってパターンを転写する現在の装置は、二つの異なる方式の機械に分類される。リソグラフ投影装置の一方式では、各目標部分が、マスクの全パターンを目標部分に一括して照射することによって露光される。そのような装置は、一般にウェハステッパーと呼ばれる。もう一つの、一般にステップ・アンド・スキャン装置と呼ばれる装置では、各目標部分が、マスクパターンを投影ビームによって所定の基準方向（「走査」方向）に連続的に走査すると同時に、基板テーブルをこの方向に平行または逆平行に同期走査することによって照射される。一般に、投影系は倍率Ｍ（一般に１以下）を有し、基板テーブルが走査されるスピードＶは係数Ｍを掛け合わせた値であり、マスクテーブルはそのスピードで走査される。ここで説明したリソグラフ装置に関する更なる情報については、例えば、米国特許第６０４６７９２号から調べることができる。
【０００８】
リソグラフ投影装置を用いる公知の製造工程では、（例えば、マスクの）パターンが、放射線感光材料（レジスト）の層によって少なくとも部分的に覆われた基板上に投影される。この投影前に、基板には下地処理、レジスト塗布、およびソフト焼成（bake）のような種々の処理が施される。露光後の基板には、露光後焼成（ＰＥＢ）、現像、ハード焼成、および投影された形状の計測・検査のような別の処理が施される。この一連の処理が、デバイス、例えばＩＣの各層にパターンを形成する基礎として用いられる。そのようにしてパターンが形成された層に、各層を完成させることを目的として、エッチング、イオン注入（ドーピング）、金属化、酸化、ＣＭＰ（chemical-mechanical polishing）等の種々の処理が続けて実施される。複数の層が必要な場合には、これら全ての処理、または、それらを変形した処理が各々の新しい層に繰り返されることになる。種々の積層体が、最大限の正確性を有して確実に重ね合わせられる（隣接配置される）ようにすることが重要である。この目的のために、小さい基準マークが、ウェハの一以上の位置に設けられて、ウェハ座標系の原点を規定している。基板ホルダー位置決め装置とともに光学装置および電子装置を用いることによって（以下、「位置決め装置」と呼ぶ）、このマークは、既存層の上に新たな層を重ね合わせる毎に別の位置に設けられて、位置決めの基準点として用いられる。最終的には、一群のデバイスが基板（ウェハ）上に形成される。次に、これらのデバイスは、ダイシングまたは鋸断のような技術により個々に分離され、分離されたデバイスは、担持体に装着されたり、ピンに結合されたりする。これらの処理に関するこれ以上の情報は、例えば、マックグロー・ヒル出版社の「マイクロチップ制作−半導体プロセス技術に関する実用ガイド」、第三版１９９７年、ＩＳＢＮ０−０７−０６７２５０−４、から入手可能である。
【０００９】
単純化のために、以下、投影系を「レンズ」と称する。しかしながら、この用語は、例えば、屈折光学系、反射光学系、および反射屈折光学系を含む各種投影系を包含するものとして広く解釈すべきである。また、放射系は、投影放射線ビームにつき、その方向を規定し、それに形状を与え、または、それを制御するためのこれら全ての設計形式に従って作動する構成要素を含み得るが、それらの構成要素もまた、以下では、集合的に、または個別に、「レンズ」と称する。さらに、リソグラフ投影装置は、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）を有する種類であってもよい。そのような「多段式」装置では、追加されたテーブルは平行して使用される、または、準備段階が一以上のテーブル上で実施されているときに、一以上の他のテーブルが露光のために使用される。二段式リソグラフ投影装置は、例えば、米国特許第５９６９４４１号、同第６２６２７９６号に説明されている。
【００１０】
光リソグラフィは、集積半導体回路の製造における重要工程の一つとして広く認識されている。現在、同様な精度、スピード、および経済的生産性を持って所望のパターン形状を形成することができる代替技術は存在しない。しかし、ＩＣの寸法が小さくなるに従って、光リソグラフィは、微細半導体デバイス構造を真に大規模に製造することができる、大部分とは言わないものの、多くの重要な制御要因の一つになりつつある。
【００１１】
パターン転写限界の理論的推定は、式（１）に示す解像力Ｒに関するレイリーの基準によって与えられる。
【００１２】
【数１】
2004247737.tif 000003
ここで、λは、用いた放射線の波長、ＮＡは、投影系のレンズの開口数、およびｋ１は、工程に依存する補正係数である。
【００１３】
式（１）から、解像力を向上させるためには、露光波長λを短くする、開口数ＮＡを大きくする、またはｋ１の値を小さくするという三つの手段があることが判る。これら全ての方法は、過去において同時に追求され、将来においても継続されると予想される。
【００１４】
リソグラフ装置の性能とその限界は、焦点深度（ＤＯＦ）によって説明され、また、特徴付けられ、該焦点深度は、リソグラフ投影装置の解像力を決定する最重要要因の一つであると一般に認識されている。式（２）に示されたＤＯＦは、パターン像が十分に鮮明である光軸に沿う距離である、と定義される。
【００１５】
【数２】
2004247737.tif 000004
ここで、ｋ２は、経験定数である。
【００１６】
光リソグラフィの解像力限界を追及する際の真の困難性をより良く理解させてくれる別の重要な解答／評価基準は、露光許容範囲（ＥＬ）、密集／孤立バイアス（ＤＩＢ）、およびマスク欠陥増加要因（ＭＥＥＦ）を含む。露光許容範囲は、転写されたパターンの限界寸法（ＣＤ、パターン寸法精度）が許容できる照射量の範囲（一般には１０％）をパーセンテージで表したものである。これは、プロセスウィンドウ、すなわち、レジストの最終形状を規定寸法の範囲に維持することができる焦点、および露光の範囲、を決定するためにＤＯＦとともに用いられる。ＤＩＢについて言うと、それは、パターン密度によって決まる、類似形状相互間の寸法の違いを表す基準である。最後に、ＭＥＥＦは、レチクルのＣＤ誤差が、ウェハのＣＤ誤差としてどの程度伝搬されるかを表す。
【００１７】
半導体業界がサブミクロンの領域に大きく踏み込むに従い、現在利用可能なリソグラフィ技術は、焦点深度の低減、レンズ設計の困難化、およびレンズ組立技術の複雑化によって解像力限界に達しそうである。この問題に対処するために、解像力向上技術を開発する努力が継続されている。
【００１８】
歴史的には、リソグラフ投影装置の解像力限界は、照明系の開口数（ＮＡ）の相対寸法を制御して最適化された。照明系のＮＡをこのように投影系の対物レンズのＮＡに対して制御することによって、マスク面の位置の空間コヒーレンスを変更することができ、これは、一般に部分的コヒーレンスσと呼ばれる。これは、ケーラー照明系の集光レンズの瞳の仕様を変えることによって達成される。本質的には、これによって回折情報の光学的処理を操作することができるようになる。画像形成投影系の部分的コヒーレンスの最適化は、従来完全な円形照明開口を用いて実行されてきた。対物レンズの回折情報の分布を照明系の瞳の寸法によって制御することにより、像を最大限に調節することができる。また、完全な円形照明開口に変更することによって、照明系をさらに調節することができる。照明光がマスクにある角度を持って斜入射して、０次および一次の回折光が光軸の両側に分散される装置は、改良の余地がある。そのような方法は、一般に軸外し照明と呼ばれる。
【００１９】
軸外し照明では、レンズの光軸に対して傾斜している放射光をマスクに照射することによって、解像力を向上させることができる。回折格子として作用するマスクに放射光を入射させる場合、より高次の回折光をレンズに伝達することによって像のコントラストを向上させることができる。従来型マスクに対して軸外し照明技術を用いた場合、位相シフトマスクで得られる解像力向上効果と同等の解像力向上効果をもたらす。
【００２０】
解像力、および焦点深度（ＤＯＦ）を向上させるために開発された他の種々の向上技術には、光近接誤差（ＯＰＥ）に対する光近接効果補正（ＯＰＣ）、位相シフトマスク（ＰＳＭ）、準解像力補助形状（ＳＲＡＦ）が含まれる。各技術は、リソグラフ投影装置の解像力向上のために単体で、または、他の技術と合わせて使用することができる。
【００２１】
軸外し照明を生成する一手法は、開口付き金属板フィルターを、傾斜照明を投与する投影系の照明器の蝿（はえ）の目レンズ組立体に組み込むことである。そのような金属板のパターンは、フォトマスク上の特定の形状寸法、および作業比のために回折次元が重複するように、大きさ、および間隔が設定されている対称配置の四つの開口（領域）を有する。そのような手法を採ることによって、マスクに照射される光照度が著しく低下し、また、処理能力も小さくなり、この手法は好ましくないものになる。さらに、四つの円形開口は、特定のマスクの形状およびピッチに合わせて特別に設計する必要があり、他の形状寸法および間隔の性能を向上させることはない。この領域の先行の研究には、開口付き板に二つ、または、四つの開口を用いる方法が記載されている。例えば、ＥＰ第０５００３９３号、同第０４９６８９１号、同第０４８６３１６号、および、米国特許第５３０５０５４号、同第５６７３１０３号、同第５６３８２１１号を参照されたし。
【００２２】
四領域構成を用いた軸外し照明に関する別の方法が、米国特許第６４５２６６２号に開示されており、これは、フォトマスクに対して軸外し照明光を分配する形状にできるような複数ビームに、投影系の照明域を分割することである。軸外し照明光を形成できるようにすることによって、処理能力および露光源の自由度が維持される。さらに、この手法によると、照明系に軸外し照明、および軸上照明（従来型）の特性を併用することができる。これにより、軸外し照明を密集形状に適用したときの著しい改善効果が、単純な軸外し照明と比較すると低下する。しかし、密度の低い密集形状については、軸上照明が好ましい作用を及ぼすことにより、性能はより向上する。結果としては、密集形状と孤立形状との間における光近接効果の低下である。形状構成に対する最適化の依存性が低いために、より汎用性の高い照明条件を選択することができる。
【００２３】
図２〜図５を参照して、現在使用可能な照明強度分布方式または構成は、照明範囲（以下、開口と呼ぶ）を断面で示すと、小または低シグマ（図２）、輪帯（図３）、４重極（図４）、およびクエーサー（図５）を含む。図３〜図５に示す輪帯、４重極、およびクエーサーの照明技術は、軸外し照明配置の例である。
【００２４】
小シグマ照明は、マスクにほぼゼロの照射角度を有して（すなわち、マスクにほぼ直交して）入射し、位相シフトマスクに用いた場合には良好な結果を示して解像力を向上させるとともに焦点深度を大きくする。環状照明は、円方向対称角度でマスクに入射して、解像力を向上させるとともに焦点深度を大きくするが、他の照明配置に比べるとパターン依存性が弱い。４重極およびクエーサー照明は、四つの主角度を有してマスクに入射して、解像力を向上させるとともに焦点深度を大きくするが、パターン依存性が強い。
【００２５】
図６および図７を見ると、二種類の照明系が模式的に図示されている。図６および図７に示した装置は、集光／コリメータ光学系１０、アクシコン／ズームモジュール１２、および光インテグレータ／投影光学系１４を含む。照明系は、光軸１６、瞳面１８、およびマスク面２０を規定する。アクシコン／ズームモジュール１２は、凹面と凸面とから成る一対のアクシコン２２を含んでおり、各間隔は変更可能である。モジュール１２は、ズームレンズ２４もまた含む。
【００２６】
図８は、円錐形アクシコンの場合に瞳面１８の位置で達成可能な複数の照度分布の例を示す。スポットサイズは、ズームレンズの位置を変化させることにより、状態Ａまたは状態Ｂに変更可能である。同様に、輪帯形状もアクシコンの開き（二つのアクシコン間の間隔）を変化させることにより、状態Ａまたは状態Ｃに変更可能である。
【００２７】
照度の均一性を向上させるために、光インテグレータ２６が用いられる。図６では、光インテグレータは、ガラス、蛍石、または石英ロッドのような光パイプ２６の形態をしている。照明光は、カップラー２８によって瞳面１８の位置でロッド２６に結合され、また、ロッド射出端投影光学系３０も設けられている。図７では、蝿の目素子３２が、インテグレータとして作用するようになっている。蝿の目素子３２は、一群の小レンズまたはハチの巣状の小レンズを含む複合レンズである。さらに、投影系は対物レンズ３４，３６を含む。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００２８】
以上の議論から、プロセスエンジニアが、リソグラフ投影装置の解像力を向上させ、また、プロセスウィンドウを最大化するための数多くのオプションを有していることが判る。しかし、半導体組立設備（工場）で実験を行うコストと時間を考慮すると、確固とした工程を開発するために、これらの多くのオプションを試みる手法は全く現実的ではない。半導体分野においては製品サイクルが比較的短時間であるために、新しい製品ラインまたは製造工程の研究開発に費やすことができる時間は、厳しく制限されている。
【００２９】
この問題に対処するために、当業界では光リソグラフシミュレーションに対する関心が高まってきている。新しいマスクを試験する場合に、光近接効果補正形状を最適化するためのシミュレーションは、僅か一日で行うことができるために、今日、シミュレーションは、リソグラフ装置の開発と最適化に役立つ有用なツールであるとみなされている。
【００３０】
シミュレーションは、オプションを迅速に評価し、工程を最適化し、また、必要とされる実験数を減らして時間と費用を削減することができるために、開発ツールとしては極めて有用である。シミュレーションは、また、リソグラフ装置の波長と同程度、または、それ以下の形状サイズを達成するために解像力の限界を追求する時に発生する多くの物理的現象を理解して、研究するという意味においても役に立つ。最後に、シミュレーションは、光リソグラフィ技術を準１５０ｎｍ領域まで拡張して、百万ドルのステッパーおよび十億ドルの工場の寿命を延ばすことができる強力なツールである。
【課題を解決するための手段】
【００３１】
本発明の一観点は、リソグラフ投影装置の照明条件をコンピュータシミュレーションによって最適化することである。本発明は、リソグラフ投影装置の各種応答性に係る照明条件を最適化するものである。この応答性は、例えば、プロセスウィンドウ（露出／照射量許容範囲と焦点深度との関係）、サイドローブ転写、およびマスク欠陥増加要因を含む。
【００３２】
本発明のこの観点によれば、リソグラフ装置の照明条件をコンピュータシミュレーションによって最適化する方法が提供される。リソグラフ装置は、照明器と投影系を含み、方法は、基板上に転写されるリソグラフパターンを規定する段階と、シミュレーションモデルを選択する段階と、照明器の瞳面内の光源点の格子を選択する段階と、各光源点について、各々がシミュレーションモデルを用いての単一の、または、一連のシミュレーションの結果である個別応答を計算する段階と、個別計算の蓄積された結果の解析に基づいて照明器の照明配置を調整する段階とを含む。
【００３３】
本発明の別の観点によれば、リソグラフ装置の照明条件を、完全レジスト計算法を用いるコンピュータシミュレーションによって最適化する方法が提供される。リソグラフ装置は、照明器と投影系を含み、方法は、基板上に転写されるリソグラフパターンを規定する段階と、レジストモデルを選択する段階と、光源点の格子を選択する段階と、各光源点について、各々がレジストモデルを用いての単一の、または、一連のシミュレーションの結果である個別応答を計算する段階と、個別計算の蓄積された結果の解析に基づいて照明器の照明配置を調整する段階とを含む。
【００３４】
本発明のさらに別の観点によれば、リソグラフ装置の照明条件を、等価焦点補正を用いるコンピュータシミュレーションによって最適化する方法が提供される。リソグラフ装置は、照明器と投影系を含み、方法は、基板上に転写されるリソグラフパターンを規定する段階と、シミュレーションモデルを選択する段階と、照明器の瞳面内の光源点の格子を選択する段階と、各光源点について、各々がシミュレーションモデルを用いての単一の、または、一連のシミュレーションの結果である個別応答を計算する段階と、各光源点についての焦点はずれによる個別応答の変化である距離を計算する段階と、距離の解析に基づいて照明配置を調整する段階とを含む。
【００３５】
本発明のさらに別の観点によれば、リソグラフ装置の照明条件を、収差に対する感度を用いるコンピュータシミュレーションによって最適化する方法が提供される。リソグラフ装置は、照明器と投影系を含み、方法は、基板上に転写されるリソグラフパターンを規定する段階と、シミュレーションモデルを選択する段階と、照明器の瞳面内の光源点の格子を選択する段階と、投影系に関する少なくとも一組の収差を規定する段階と、各光源点および少なくとも一組の収差について、シミュレーションモデルを用いての単一の、または、一連のシミュレーションの結果である個別応答を計算する段階と、個別計算の蓄積された結果の解析に基づいて照明器の照明配置を調整する段階とを含む。
【００３６】
本発明のさらに別の観点によれば、リソグラフ装置の照明条件を、マスク補助形状を照明器の位置に用いるコンピュータシミュレーションによって最適化する方法が提供される。リソグラフ装置は、照明器と投影系を含み、方法は、基板上に転写されるリソグラフパターンを規定する段階と、シミュレーションモデルを選択する段階と、リソグラフパターンの基板上への転写を補助するように構成されたマスク補助形状を規定する段階と、照明器の瞳面内の光源点の格子を選択する段階と、マスク補助形状が設けられている場合と、設けられていない場合の各光源点について、各々がシミュレーションモデルを用いての単一の、または、一連のシミュレーションの結果である個別応答を計算する段階と、個別計算の蓄積された結果の解析に基づいて照明器の照明配置を調整する段階とを含む。
【００３７】
本発明の別の観点によれば、リソグラフ装置の照明条件を、最良ＣＤ（限界寸法）均一距離を用いるコンピュータシミュレーションによって最適化する方法が提供される。リソグラフ装置は、照明器と投影系を含み、方法は、基板上に転写されるリソグラフパターンを規定する段階と、シミュレーションモデルを選択する段階と、照明器の瞳面内の光源点の格子を選択する段階と、複数の助変数とそれらの変化幅を規定する段階と、各光源点および複数助変数の各々について、各々がシミュレーションモデルを用いての単一の、または、一連のシミュレーションの結果である個別応答を計算する段階と、複数の助変数および各光源点についてのリソグラフパターンのＣＤ変化である距離を計算する段階と、個別計算の蓄積された結果の解析に基づいて照明器の照明配置を調整する段階とを含む。
【００３８】
本発明のさらに別の観点によると、放射線の投影ビームを生成する照明系と、投影ビ−ムに所望のパターンに従うパターンを形成するときに用いられるパターン化構造体を支持するための支持構造体と、基板を保持する基板テーブルと、パターン化されたビームを基板上の目標部分に投影するための投影系と、基板上に転写されるリソグラフパターンを規定し、照明系の瞳面内の光源点の格子を選択し、各光源点について、各々がシミュレーションモデルを用いての単一の、または、一連のシミュレーションの結果である個別応答を計算し、さらに、個別計算の蓄積された結果の解析に基づいて照明配置の最適化を計算するためのプロセッサと、照明系から射出される投影ビームの断面方向の照度分布を、プロセッサによって計算された最適化照明配置に従って修正するようにされている選択的に変更可能なビーム制御装置とを含む。
【００３９】
本発明の別の観点によれば、基板上に転写されるリソグラフパターンを規定する段階と、シミュレーションモデルを選択する段階と、照明器の瞳面内の光源点の格子を選択する段階と、各光源点について、各々がシミュレーションモデルを用いての単一の、または、一連のシミュレーションの結果である個別応答を計算する段階と、個別計算の蓄積された結果の解析に基づいて照明器の照明配置を調整する段階とを含む方法によって照明器の照明配置を最適化するために機械実行可能な命令を用いて符号化された機械読取り可能な媒体が提供される。
【００４０】
本発明のさらに別の観点によれば、パターン化された放射線ビームを基板上の放射線感光性材料層の目標部分に投影する段階を含むデバイス製造方法が提供され、投影ビームはマスクに照射される前に、その断面方向の照度分布が上述の方法を用いて最適化される。
【００４１】
この記述では、本発明による装置を特にＩＣの製造に用いるように言及しているが、この装置は、多くのその他の適用が可能であると明確に了解されるものとする。例えば、この装置は、集積光学系、磁区メモリー用案内パターンおよび検出パターン、液晶ディスプレイパネル、薄膜磁気ヘッド等の製造に使用することが出来る。そのような代替としての適用に関連して、当業者には、この記述で使用されている「レチクル」、「ウェハ」、および「ダイ」という用語が、もっと一般的な用語である「マスク」、「基板」、および「目標部分」によって各々代替可能であることが分かるであろう。
【００４２】
本明細書で使用される「放射線」と「ビーム」という用語は、（例えば、波長が３６５、２４８、１９３、１５７、または１２６ｎｍの）紫外線、およびＥＵＶ（例えば、５〜２０ｎｍの範囲の波長を有する極紫外線）を含む全ての種類の電磁放射線、および、イオンビームまたは電子ビームのような粒子ビームを包含する。
【００４３】
ここで、本発明の実施例が、添付模式図面を参照しつつ、単に例示として説明される。
【実施例１】
【００４４】
図１は、本発明の特定の実施例によるリソグラフ投影装置１を模式的に示す。装置は、放射線（例として、例えば２４８ｎｍ、１９３ｎｍ、または１５７ｎｍの波長で作動しているエキシマレーザー、または１３．６ｎｍの波長で作動しているレーザー点火プラズマ源によって生成されるようなＵＶまたはＥＵＶ放射線）の投影ビームＰＢを供給するように構成配置された放射系Ｅｘ，ＩＬを含む。この実施例では、放射系は、放射光源ＬＡも含む。装置は、また、マスクＭＡ（例えばレチクル）を保持するように構成配置されたマスクホルダーが設けられるとともに、マスクを投影系またはレンズＰＬに対して正確に位置決めするための第一位置決め装置ＰＭ（図示せず）に結合されている第一目標物（マスク）テーブルＭＴ、および基板Ｗ（例えばレジスト塗布シリコンウェハ）を保持するように構成配置された基板ホルダーが設けられるとともに、基板を投影系またはレンズＰＬに対して正確に位置決めするための第二位置決め装置ＰＷに結合されている第二目標物（基板）テーブルＷＴを含む。投影系またはレンズＰＬ（例えば、石英および／または蛍石のレンズ系、屈折または反射屈折系、一群のミラーまたは視野デフレクターの配列）は、マスクＭＡの照射された部分を、基板Ｗの（例えば、一以上のダイを含む）目標部分Ｃに投影するように構成配置されている。投影系ＰＬは、基準フレームＲＦ上に支持されている。
【００４５】
ここに図示したように、装置は、反射型である（すなわち、反射型マスクを有する）。しかし、一般には例えば、（透過型マスクを有する）透過型であってもよい。代替として、先に説明した種類のプログラム可能なミラー配列のような別の種類のパターン化手段を装置に採用してもよい。
【００４６】
放射源ＬＡ（例えば、ＵＶエキシマレーザー、蓄積リングまたはシンクロトロンの電子ビーム光路の周囲に設けられたアンジュレーターまたはウィグラー、レーザー生成プラズマ源、放電源、あるいは、電子またはイオンビーム源）は、放射線ビームＰＢを発生する。ビームＰＢは、直接、または、例えばビーム伸長器Ｅｘのようなコンディショナーを通過した後に照明系（照明器）ＩＬに供給される。照明器ＩＬは、ビームの照度分布の半径方向外側限界および／または半径方向内側限界（一般に、各々、外側σと内側σと呼ばれる）を設定するための選択的変更が可能なビーム制御手段または調整装置ＡＭを含む。さらに、一般には、インテグレータＩＮやコンデンサＣＯのような種々のその他の構成要素が含まれる。このようにして、マスクＭＡに照射されるビームＰＢは、その断面において所望の均一性と照度分布を有するようになる。
【００４７】
続けて図１を参照して、投影装置は、また、例えば図１４、図１６、図１８、図２４、図３７、図４７および図５５に示された方法を実行するようにプログラムされているとともに、リソグラフ装置の別の構成要素を制御するように構成されている制御装置ＣＵを含む。本発明の実施例では、制御装置ＣＵは、調整装置ＡＭを制御して、照明器ＩＬを射出する投影ビームの断面方向照度分布を変更するプロセッサーを含む。
【００４８】
図１で、放射源ＬＡは、（例えば、放射源ＬＡが水銀灯の場合にしばしば見られるように）リソグラフ投影装置の筐体内部に配置されているが、リソグラフ投影装置から離れて配置し、発生した放射線ビームを（例えば、適当な誘導ミラーを用いて）装置に導入してもよいということに注目すべきである。後者のケースは、放射源ＬＡがエキシマレーザーの場合にしばしば見られる。本発明は、これら両ケースを包含する。とりわけ、本発明は、放射系Ｅｘ，ＩＬが、例えば、波長２４８ｎｍ、１９３ｎｍ、１５７ｎｍ、１２６ｎｍ、および１３．６ｎｍのように約２５０ｎｍより短い波長を有する放射線投影ビームを供給するようにされている実施例を包含する。
【００４９】
次に、投影ビームＰＢは、マスクテーブルＭＴ上に保持されたマスクＭＡに向かう。マスクＭＡを通過したビームＰＢは、投影ビームＰＢの焦点を基板Ｗの目標部分Ｃに合わせるレンズＰＬを通過する。第二位置決め装置ＰＷおよび干渉計ＩＦを用いることによって、基板テーブルＷＴが、例えば、別の目標部分Ｃを投影ビームＰＢの光路に配置するために正確に動かされる。同様に、第一位置決め装置ＰＭ（図示せず）を用いることによって、例えば、マスクライブラリーから再帰された後の、または、走査中のマスクＭＡの位置が、投影ビームＰＢの光路に対して正確に配置される。一般に、目標物テーブルＭＴ，ＷＴの移動は、長行程モジュール（粗い位置決めする）と短行程モジュール（微小位置決めする）を用いて実現される。しかし、（ステップ・アンド・スキャン装置に対して）ウェハステッパーの場合には、マスクテーブルＭＴは短行程アクチュエータとだけ連結されているか、または、固定されている。マスクＭＡと基板Ｗとの位置決めは、マスク位置決めマークＭ１，Ｍ２と基板位置決めマークＰ１，Ｐ２を用いて実行される。
【００５０】
図示した装置は、以下のような好適方式で使用される。
１．ステップ方式では、マスクテーブルＭＴ、および基板テーブルＷＴが実質上静止されて、投影ビームに与えられた全パターンが、一回で（すなわち、シングル静止露光で）目標部分Ｃ上に投影される。次に、基板テーブルＷＴが、Ｘ方向および／またはＹ方向に移動して、別の目標部分Ｃが露光される。ステップ方式では、露光範囲の最大サイズによって、シングル静止露光で投影される目標部分Ｃのサイズが制限される。
２．走査方式では、マスクテーブルＭＴ、および基板テーブルＷＴが同期して走査されて、投影ビームに与えられたパターンが、目標部分Ｃ上に投影される（すなわち、シングル動的露光）。基板テーブルＷＴのマスクテーブルＭＴに対する速度と方向は、投影系ＰＬの拡大（縮小）、および像反転特性によって決定される。走査方式では、露光範囲の最大サイズが、シングル動的露光で投影される目標部分の（非走査方向の）幅を制限し、目標部分の（走査方向の）高さは、走査移動の距離によって決まる。
３．別の方式では、マスクテーブルＭＴが、プログラム可能なパターン化構造体を保持して実質上静止されており、基板テーブルＷＴが、移動または走査されて、投影ビームに与えられたパターンが、目標部分Ｃ上に投影される。この方式では、一般にパルス式放射源が採用されており、プログラム可能なパターン化構造体が、必要に応じて、基板テーブルＷＴの個々の移動の後に、または、走査中の連続した放射パルスの間に更新される。この稼動方式は、先に説明した種類のプログラム可能なミラー配列のようなプログラム可能なパターン化構造体を用いるマスクレス型リソグラフィ技術に容易に適用することができる。
【００５１】
先に説明した使用方式を併用する、および／または、変更する、あるいは、全く別の使用方式を採用することは可能である。
【００５２】
図９を参照して、照明系は、集光／コリメータ光学系１０、アクシコン／ズームモジュール１２、多極子モード生成素子３８、および投影光学系１４を含む。これらの素子は、光軸１６に沿って配置されており、マスク面２０に配置されたマスクＭＡに照射して、投影系またはレンズＰＬを介してウェハＷ上のレジストに露光パターンを形成するために用いられる。図９に示す光軸１６は、照明系をさらに小型にするために折返してもよい。
【００５３】
図１０ａは、多極子モード生成素子３８の実施例を示す。素子３８は、瞳面１８のビーム光路に挿入することができるとともに、マルタ十字４０を形成する四つの三角形ブレード４１，４２，４３，４４を有し、ここでは、マルタ開口ブレード（ＭＡＢ）とも呼ぶ。各ブレードは、頂角βを有する。図１０ｂは、アクシコン／ズームモジュール１２によって生成された環状照明モードをＭＡＢ４０と組合わせて生じた照明強度分布を示す。この分布は、四つの光ビームまたは極４５を有する。この実施例によると、連続的に変更可能な四重極照明モードを生成することができる。各々の極４５の半径方向位置は、アクシコン光学系２２を調節することによって変更可能であり、各々の極の半径方向幅は、ズームレンズ２４を調節することによって変更可能であり、さらに、極の接線幅は、図１１に示すマルタ十字４０のように異なる頂角β１を有する一組の別のブレードを挿入することによって変更可能である。一式のブレードを取除くと、照明系は、ここでも連続的に変更可能な通常モードおよび／または輪帯モードに用いることができる。
【００５４】
異なる頂角のブレードを挿入することによって、極の接線幅を個別に変えることができる。本発明の別の実施例によると、極の接線幅を、頂点が位置している系の光軸を中心にして互いに回転可能なｎ個のブレードの積層体から成るマルタ十字の各アームによって連続的に変えることができる。
【００５５】
更に別の実施例によると、光学系の多極子モード生成素子３８として二枚だけのブレードが用いられ、それは、図９の照明系に示されている矩形の石英ロッド２６のような光パイプを含む。一方のブレードは、光パイプ２６の矩形断面の短手辺に平行に配置され、他方のブレードは、長手辺に平行に配置されている。パイプ２６内部における多重反射のために、照明モードは、輪帯、および四重極の混合となる。この二枚のブレードの方式は、光ビームを遮光するブレードの数が少ないために、マルタ十字配置より低いエネルギー損失の四重極を含む照明モードを生成することができる。一例として、ブレードは、三角形であり、マルタ十字の二つのアーム、例えば、図１０ａに示すブレード４１，４２、は直交している。この実施例のブレードの一方または両方は、先に説明したような小型の回転可能ブレードの積層体を含む複合ブレードであってもよい。
【００５６】
一般に、ブレードは、マスクＭＡ上の直交線に対応する方向に沿って配置されており、光の極４５の中心が、四分円の各々の内部にあり、この直交線から４５°の位置になるように配置される。このように方向付けることによって、とりわけＤＲＡＭ形状のような密集形状のラインを最適に投影することができる。この直交線は、一般に水平線および垂直線と呼ばれる。パターン寸法が細かくなるに従って、その中心が、四分円の各々の内部にあり、直交線から９０°の位置になるように配置される光の極がより好適となってきた。四重極照明の最適シグマは、σ＝λ／（２１／２・ＮＡ・ピッチ）の式から、そして、二重極照明および４５°回転四重極照明の最適シグマは、σ＝λ／（２ＮＡ・ピッチ）の式から推定できる。
【００５７】
ブレードを用いる上の実施例のさらに別の形態は、全てのブレードを照明系の光軸１６回りで回転可能にして、極の位置が回転できるようにした形態である。
【００５８】
図１２を参照して、本発明の別の実施例は、多極子モード生成素子としてのピラミッド形プリズム５０を有するアクシコン／ズームモジュールを含む。これにより、従来型照明、環状照明、および四重極照明を生成することが可能になり、また、モードは連続して変更できる。図１２は、アクシコン／ズームモジュールの光学素子を示す。図１２の右側の列は、一対のアクシコン２２ａ，２２ｂ、およびズームレンズ２４の位置を変えた場合の瞳面１８における照明強度分布を示す。一対のアクシコン２２は、一つは凹面２２ａであり、他の一つは凸面２２ｂの円錐形面を有する一対の素子を含み、円形、および環状の照明パターンを生成する。図１２の四行目は、ピラミッド形のプリズム５０を凸形素子２２ｂから離した場合の影響を示す。凸形素子２２ｂのピラミッド５０に面した側は、ピラミッド形の凹面であり、ピラミッド５０を受承する。凸形素子２２ｂ、およびピラミッド５０は、ピラミッド形アクシコンまたはピラミドンとしても知られている第二のアクシコンを形成する。ピラミッド形のプリズム５０は、四底辺を有し、そのために図１２の右側列の最下段に示した四スポットのような四重極モードの照明パターンを生成する。
【００５９】
図１２のアクシコン／ズームモジュールでは、照明モードを従来型から輪帯または四重極へと連続的に変更することができる。ズームレンズ２４は、スポットサイズまたは部分的コヒーレンス係数を決め、一対のアクシコン２２は、輪帯形を決定付け、ピラミッド５０は、四重極形を決定付ける。さらに、光束が遮光されることなく、再分散されるために、事実上光の損失がなく、高い処理能力が維持される。
【実施例２】
【００６０】
本発明の方法によると、リソグラフ装置の照明条件を、コンピュータシミュレーションによって照明器の適切配置を選択することにより最適化することができる。本発明の一実施例では、照明条件の最適化は、基板上に転写されるリソグラフパターンを規定する段階、シミュレーションモデルを選択する段階、照明器の瞳面の放射源点の格子を選択する段階、各放射源点について、各々がシミュレーションモデルを用いての、単一の、または、一連のシミュレーションの結果である個別応答を計算する段階、および、個別計算の蓄積された結果の解析に基づいて照明器の照明配置を調整することによって達成される。
【００６１】
ここで、図１３を見ながら、リソグラフ装置の照明条件を最適化する方法の実施例について説明する。
【００６２】
方法は、リソグラフ課題を設定するステップ（Ａ１）から始まる。リソグラフ課題は、基板上にプリントすべき特定のパターンを意味する。リソグラフ装置の助変数を最適化し、また、照明系の適切な構成を選択するために用いられるこのパターンは、マスク設計に含まれる積極的な構成を表すものであることが好ましい。これは、例えば、１対１から１対２０の範囲のライン対スペースの作業比を有する形状、または密集形状と孤立形状とが並存するパターンである。
【００６３】
次に、方法はステップ（Ａ２）に進んで、パターン輪郭を計算するためのシミュレーションモデルが選択される。
【００６４】
本発明の実施例では、シミュレーションモデルは、空中像モデルを含む。この場合、フォトレジスト上の入射光エネルギー分布の分布状態が計算される。空中像の計算は、フーリエ光学に基づきスカラーまたはベクトルいずれかの形で行われる。実際には、このシミュレーションは、Ｐｒｏｌｉｔｈ（登録商標）やＳｏｌｉｄ−Ｃ（登録商標）等のような市販のシミュレータの助けを借りて実行される。この実施例では、開口数ＮＡまたは特定のパターンのようなリソグラフ装置の異なる要素の特性は、シミュレーションのための助変数として入力される。
【００６５】
この実施例で計算された像は、複数の予め決められた基準に照らして評価されて、像が、所望の形状をウェハ上のフォトレジストにうまく転写できるほどの十分なコントラストを有するか否かが判断される。空中像は、ある焦点範囲に亘って、露光許容範囲および焦点深度（ＤＯＦ）に関する推定値を得るために解析され、この処理は、最良の光学条件を達成するために繰り返し実行される。実際には、空中像の品質は、コントラストまたは正規化空中像対数勾配（ＮＩＬＳ）距離（形状サイズに正規化後）を用いて決定される。この値は、像照度の勾配（または空中像）に対応する。
【００６６】
この特定の実施例では、空中像シミュレーションを実行するための重要な関連助変数は、幾何光学または準単色光源の中心波長によって決定されるような、焦点の最良面が存在する面までの距離を意味するガウス像面の焦平面からの距離を含む。これらの助変数は、また、照明系の部分的空間コヒーレンス性の程度を表す尺度、半導体用基板を照射するレンズ系の開口数、光学系の収差、およびフォトマスクを表す空間伝達関数の完全な記述を含む。
【００６７】
ステップ（Ａ２）でのシミュレーションモデルの選択は、決して空中像モデルに限定するものではないと了解されるものとする。本発明の別の実施例では、集中定数モデル、または、可変閾値レジストモデルのような別のモデルも用いられる。実験データに一致したために、これら全ての実施例では、このモデルを選択した。
【００６８】
また、ステップ（Ａ２）でシミュレーションを実行することは、レジスト形状の計算に限定されるものではなく、シミュレーションは、工程の許容範囲、密集／孤立形状バイアス、サイドローブ転写、およびマスク欠陥に対する感度のような別の、補完的な応答を得るためにも実行されると了解されるものとする。
【００６９】
レジストモデルと主要関連助変数を定義すると、次に、方法は、ステップ（Ａ３）に進んで、ビーム源の分割を意味する放射源点の格子が照明器の瞳面に画成される。
【００７０】
より具体的には、各々が個別格子点を表す照明ファイルが生成されて、シミュレーションソフトウェアにロードされる。ファイルに収容された光源点が、図７〜図９に示す照明系の瞳面１８における照明器の全断面を空間的に覆う光源点格子を形成する。リソグラフ投影装置の応答は、個別の格子点について計算される。各々の応答結果は、プロットされて、図１５のような等高線図で示される。各光源点結果を計量的に解析することによって、照明の異なる試験的配置を比較し、最適な照明配置を決定することができる。
【００７１】
照明器の全開口に対する各光源点の物理的位置は、各光源点ファイルに設定されており、求められる精度に応じて変更できる。各光源点間に小さい間隙を設けることによって、光源の応答に関するより詳細な情報を得ることができるが、計算時間は著しく長くなる。逆に、各光源点間の間隙を大きくすると、光源の応答に関する情報の精度は低下するが、計算時間は大きく短縮される。本発明の実施例では、照明器の全開口に対する格子の間隙は、約０．１である。別の実施例では、格子間隙は、約０．０１から０．２である。
【００７２】
図１４（ａ），１４（ｂ）を参照して、光源点の格子が上に重ねられた照明器の断面が、模式的に示されている。本発明では、リソグラフ投影装置の応答は、各格子点について計算される。照明器断面の外周は、円１で示されており、これが、照明器の全開口（最大開口数）の輪郭を表す。これらの図には、光源格子２も示されている。
【００７３】
本発明の実施例では、リソグラフ投影装置に用いるように考慮され、また、構成された照明器が試験でどのような性能を発揮するのかを推定するために、照明器の試験パターンを格子の上に重ねて、含まれる格子点について、何らかの方法で計算された応答が平均化される。図１４（ａ）は、円形分布した投影ビームの照度を示し、図１４（ｂ）は、クエーサー分布した投影ビームの照度を示す。
【００７４】
放射源点の格子が、本発明の別の実施例では違うように規定されると考えるべきである。例えば、照明ファイルに代えて、放射源点の格子をシミュレーションソフトウェアに助変数を用いて特定してもよい。
【００７５】
さらに図１３を見ると、リソグラフ投影装置の照明源を最適化する方法は、ステップ（Ａ４）に進み、個別応答が、各格子源点について計算される。
【００７６】
より具体的には、個別応答の各々は、シミュレーションモデルを用いての単一の、または、一連のシミュレーションの結果を表す。可能な応答は、例えば、検討対象パターンの限界寸法、または、基板上における目標の限界寸法（ＣＤ）を規定するために必要な照度閾値を含む。本発明の別の実施例では、別の応答は、焦点深度（ＤＯＦ）、露光許容範囲（ＥＬ）、露光許容範囲８％時の焦点深度（ＤＯＦ＠８％ＥＬ）、照射量対サイズＥ１：１、密集／孤立形状バイアス、形状のサイズによる任意バイアス、サイドローブ転写、フィルム損失、側壁角度、マスク欠陥増加要因（ＭＥＥＦ）、線形解像力、あるいは絶対解像力を含む。
【００７７】
照明条件の最適化をより実行しやすくするために、次に、計算結果は、光源点位置の関数としてプロットされて、応答の等高線図で図示される。
【００７８】
図１５を参照して、本発明の方法によって得られた等高線図の実施例が示されている。図１５は、瞳面１８における照明器の右側上部に相当する。この図に示されているように、光源点格子は、照明器の全開口に対して０．１：０．１の間隔を有する。対称であるために、照明器の右側上部の四半分だけ図示すればよい。
【００７９】
検討対象のリソグラフ課題は、クロムレス位相リソグラフィ（ＣＰＬ）マスクを用いて転写した６５ｎｍの孤立ラインのパターンである。この実施例では、投影ビームの波長が１９３ｎｍであり、リソグラフ投影装置の開口数が０．８５ＮＡである。シミュレーションは、焦点はずれが０．２μｍで実行された。
【００８０】
図１５に示した実施例では、検討した応答は、正規化空中像対数勾配（ＮＩＬＳ）であり、それは、像照度勾配の対数（または空中像）に対応する。図１５から判るように、等高線図は、照明器の放射源点位置の関数としてウェハ上に得られるＮＩＬＳの値を表している。（マスク上の線の方向に対して）約４５°の角度で、０．７から０．８の半径に位置する放射源点だけが、ＮＩＬＳの値の増大、ひいては、焦点深度に著しい寄与をすることが示されている。この領域から放射される照明が、孤立ラインを転写するには好適であり、この領域外からの照明は好適ではない。従って、この特定のリソグラフ課題に対するプロセスウィンドウは、クエーサー配置を用いて最大化される。よって、このクエーサー配置の性能は、例えば、照明器によって捕捉された放射源点の各々に起因する応答を平均化することによって決定される。
【００８１】
さらに図１３を見ると、リソグラフ投影装置の照明条件を最適化する方法は、ステップ（Ａ５）に進み、照明器の照明条件が応答の解析に基づいて調整される。本発明の実施例では、この調整は、例えば、図１２に示す一対のアクシコン２２ａ，２２ｂおよびズームレンズ２４の位置を変更することによって行われる。本発明の実施例では、制御装置ＣＵを用いて照明器を調整してもよい。
【００８２】
照明器の試験性能を推定する必要がある場合には、応答の計算は、照明器の開口で捕捉された光源点について実行される。これらの光源点は、図１４（ａ）および図１４（ｂ）の黒点で模式的に示されている。この特定のケースでは、照明器の性能は、例えば、これらの捕捉された放射源点の各々に起因する応答を平均化することによって決定される。
【実施例３】
【００８３】
ここで、本発明の実施例によるリソグラフ投影装置の照明条件を最適化する方法が、図１６を参照しつつ説明される。本発明のこの実施例では、照明条件の最適化は、完全レジスト計算法を用いるコンピュータシミュレーションによって達成される。方法は、リソグラフ課題を定義する段階と、レジストモデルを選択する段階と、放射源点の格子を選択する段階と、各放射源点について、各々がシミュレーションモデルを用いての単一の、または、一連のシミュレーションの結果である個別応答を計算する段階と、個別計算の蓄積された結果の解析に基づいて照明器の照明配置を調整する段階とを含む。
【００８４】
先に説明したように、照明器の最適照明条件を規定し、かつ、フォトレジスト表面における入射光のエネルギー分布をシミュレートすることによって、開口の適切な設計を選択することが可能である。この量は、レジストに入射する前に光の明暗度がフォトレジストの上面に発現されるという事実から、空中像として定義されている。この計算された像は、次に、複数の予め決められた基準に照らして評価されて、像が、所望の形状をウェハ上のフォトレジストにうまく転写できるほどの十分なコントラストを有するか否かが判断される。空中像は、露光許容範囲および焦点深度に関する推定値を得るために解析され、この処理は、最良の光学条件を達成するために繰り返し実行される。
【００８５】
同様に、先に説明したように、空中像の品質は、コントラストまたは正規化空中像対数勾配（ＮＩＬＳ）距離（形状サイズに正規化後）を用いて決定される。この値は、像照度の勾配（または空中像）に対応する。この手法では、最適照明の設定または形態は、焦点はずれを複数の値に固定して空中像に関するデータ（例えば、ＮＩＬＳまたはコントラスト）の解析結果を用いて決定される。最適リソグラフ工程の許容範囲は、空中像品質が高い領域に存在する。
【００８６】
マスクパターンの空中像をシミュレートするためには、光リソグラフ装置の異なる構成要素の助変数が、シミュレーションプログラムの入力助変数として必要である。これらの助変数は、一般には、投影系および照明系に関する幾何学的助変数、投影系の開口数ＮＡのような光学助変数、および、光リソグラフ装置の部分的コヒーレンス係数σを含む。フォトレジスト上面における空中像の形状を適切に決定するためには多くの助変数が必要であるが、像を計算するために用いられる理論は十分に開発されており、スカラーまたはベクトルいずれかの形のフーリエ光学を基礎としている。
【００８７】
しかし、「純粋空中像」という手法は、基板上に転写される最終像を正確に予測するものではない。それは、この手法が、像の受取り方、つまりフォトレジスト、の影響を無視しているからである。例えば、ベクトル効果とも呼ばれる電磁界とフォトレジストとの相互作用、および、レジストの物理的および化学的特性は、この計算では考慮されていない。基本的には、転写された限界寸法（ＣＤ）を決定するために固定された照度閾値を用いる空中像計算の予測値を合致させるためには、フォトレジストは、光生成種の散乱がゼロであり、無限大の溶解コントラスト（露光部と未露光部との溶解速度の差）を呈するものでなければならない。残念ながら、そのようなフォトレジスト工程は存在しない。フォトレジスト用の正確なシミュレーションモデルは、（投影光学像を「不鮮明」にする）活性種の散乱、および、有限な溶解コントラストに伴う影響を含んでいて、実験結果に合致する予測を可能にする。空中像の予測と現実のレジスト処理との間に違いが発生する理由、およびそれらの複数の特徴については、「レジストベクトル：空中像と現実との結合」、プロセスＳＰＩＥ（２００２年）、第４６９０巻、ページ３６６に紹介されており、その全記載内容を本明細書の記載として援用する。
【００８８】
従って、リソグラフ工程のプロセスウィンドウを正確に予測して、最適な照明配置を選択するためには、完全レジスト計算法が好ましい。理想的には、この計算は、フォトレジスト露光、フォトレジスト焼成（ＰＥＢ）、およびフォトレジスト現像の段階を考慮しなければならない。フォトレジスト露光は、投影ビームがレジスト材料の分子を活性化することによって、レジストの化学的性質が変化するときに起こる。レジストの性質、すなわち、従来のｉ線用レジストであるか、または化学増幅型レジストであるか、に応じて、異なるモデルが、投影ビームとレジスト材料との間の相互作用をシミュレートして、レジスト材料の光吸収係数の変化を計算するために用いられる。
【００８９】
方法は、リソグラフ課題が設定される（Ｂ１）から始まる。リソグラフ課題は、ウェハ上にプリントすべき特定形状パターンを意味する。
【００９０】
次に、方法はステップ（Ｂ２）に進み、パターンをプリントするために用いられるレジスト工程が規定され、モデル化され、そしてＰｒｏｌｉｔｈ（登録商標）、Ｓｏｌｉｄ−Ｃ（登録商標）等のようなシミュレーションソフトウェアにロードされる。レジストモデルでは、レジストのパターン寸法（またはサイズ）、および、照射量や焦点のような変数によるその変化の計算に、フォトレジスト露光、フォトレジスト焼成、およびフォトレジスト現像を考慮することが好ましい。密集／孤立形状バイアス、サイドローブプリント、およびマスク欠陥増加要因のような他の応答は、シミュレーションソフトウェアによって定義されて、モデル化される。
【００９１】
同様に、（Ｂ２）で選択されたレジストモデルは、本発明の実施例では、レジストの不均質性、非平面の形状、およびベクトル効果によって引起される電磁界の散乱を考慮している。ベクトル効果は、高い開口数が用いられた場合に、電磁波が斜めに伝搬するという事実を意味する。これらのベクトル効果を空中像を計算するときに考慮に入れることができるが、空気中のベクトル効果の計算は、ウェハ上に得られるコントラストの低下を大変過度に予測する。これは、入射光線がレジスト内で伝搬するときには、レジストの屈折率のために直進する傾向があるという事実による。従って、精密に電磁波計算ができるレジストモデルが、レジストの応答を正確に決定するためには好ましい。
【００９２】
また、（Ｂ２）でのレジストモデルの選択は、本発明の実施例では、フォトレジスト焼成を考慮に入れている。レジストパターンを現像する前に、露光後焼成が用いられる。これによって、溶剤が除去される以外に、光活性を有する化合物が高い濃度の領域から低い濃度の領域に分散して、定在波のパターンが平滑化される。古典的拡散工程が、この焼成工程をモデル化するために用いられる。代わって、本発明の実施例では、また、非線形拡散効果を考慮した別のモデルを用いてもよい。
【００９３】
方法がステップ（Ｂ３）に進むと、各々が個別格子点を表す照明ファイルが生成されて、シミュレーションソフトウェアにロードされる。ファイルに収容された光源点が、図７と図９に示す照明系の瞳面１８における照明器の全断面を空間的に覆う光源点格子を形成する。
【００９４】
次に、方法がステップ（Ｂ４）に進むと、個別応答が、完全レジスト計算法を用いて各放射源点について計算される。図１６に示す本発明の実施例では、各々の個別応答は、各々がシミュレーションモデルを用いての単一の、または、一連のシミュレーションの結果を表す。検討した応答は、例えば、焦点深度（ＤＯＦ）、露光許容範囲（ＥＬ）、露光許容範囲８％時の焦点深度（ＤＯＦ＠８％ＥＬ）、照射量対サイズＥ１：１、密集／孤立形状バイアス、形状のサイズによる任意バイアス、サイドローブ転写、フィルム損失、側壁角度、マスク欠陥増加要因（ＭＥＥＦ）、線形解像力、あるいは絶対解像力を含む。また、これらの応答はプロットされて、図１５のような等高線図で図示される。
【００９５】
図１７を参照して、本発明の方法によって得られた等高線図の実施例が示されている。この図は、瞳面１８における照明器の右側上部に相当する。応答は、焦点深度をミクロンで図示したものである。図１７に示されているように、放射源点格子は、照明器の全開口に対して０．１：０．１の間隔を有する。検討対象のリソグラフ課題は、クロムレス位相リソグラフィ（ＣＰＬ）マスクを用いて、０．８５ＮＡ、および１９３ｎｍ放射線の条件で転写した６５ｎｍの孤立ラインのパターンであった。対称であるために、照明器の右側上部の四半分だけ図示すればよい。この等高線図は、照明器の放射点位置の関数としてウェハ上に得られる焦点深度を表わしている。（マスク上の線の方向に対して）約４５°の角度で、０．７から０．８の半径に位置する放射源点だけが、焦点深度に著しい寄与をすることが示されている。この領域から放射される照明が、孤立ラインを転写するには好適であり、この領域外からの照明は好適ではない。また、０．５から０．６μｍの最大焦点深度が、クエーサーを最適配置することによって得られそうであることが示されている。同様の等高線図が、露光許容範囲、および放射量対サイズＥ１：１についても得られる。
【００９６】
各放射源点について個別応答を計算した後に、方法は、ステップ（Ｂ５）に進み、照明配置が、個別計算の蓄積された結果に基づいて調整される。最適配置の性能は、例えば、検討対象の実際の照明器で捕捉された応答を平均化して決定される。
【実施例４】
【００９７】
ここで、図１８を見ながら、リソグラフ課題の改良されたプロセスウィンドウを得るための実施例について説明する。この実施例では、方法は、ステップ（Ｂ１）から始まり、図１６に示した実施例と同様の方法でステップ（Ｂ５）に進む。次に、方法は、ステップ（Ｂ６）に進み、一次放射量補正が、応答の平均値に適用される。この一次補正は、単純平均によって、すなわち、円１に含まれる点の数を数えて、行われる。また、一次補正を、追加の格子点を形成するための内挿処理により行ってもよい。また、好適実施例では、計算された照射量の大きさに基づいて格子点に加重値を与えて、すなわち、照射量による加重平均によって、一次補正を行ってもよい。リソグラフ投影装置は、単一の照射量を用いる。しかし、この計算では、各格子点について最適の照射量が決定される。円１に含まれる点が良好な個別応答を行おうとも、その照射量が、リソグラフ投影装置で用いられているそれに近似するものでない場合には、実際の照明器で得られる応答に好ましい貢献はしない。従って、各点には、それらの各照射量とリソグラフ投影装置の照射量との間の差に基づいて加重値が与えられる。小さい差を有する点には、大きい差を有する点より大きい加重値が与えられる。また、一次補正を、内挿処理と照射量による加重平均を併用して行ってもよい。
【００９８】
本発明の実施例では、改良された値が、開口内部に含まれる点の数を増加させることによって得られる。これは、放射源点間の間隔を縮小することによって行われる。本発明の別の実施例では、直線的に内挿された格子が、小さい格子間隔と併用して用いられる。内挿された格子は、捕捉した特定の放射源点を変更する際に、試験照明器が僅かに移動することによって引起す開口誤差を小さくする「高解像力」格子を形成して、平均処理を円滑化する。
【００９９】
図１６に示した方法で、すなわち、完全レジスト計算法を用いて、一次補正を、計算された平均応答に適用したが、同様の手法が、図１３、図２４、図３７、図４７、および図５５に示す方法でも追求されると了解されるものとする。
【０１００】
図１９を見ると、完全レジスト計算法を用いる市販のシミュレーションソフトウェアで得られたシミュレーションの結果が、図１６、図１８で説明した方法で得られた計算結果と比較されている。計算は、先に説明した複数の形態について行われた。すなわち、焦点深度が、各放射源点のＤＯＦ値（図１６の方法、「照明器図平均」）、一次照射量補正（「照明器図照射量加重平均」）、内挿格子（「照明器図内挿処理／平均化」）、および内挿格子と一次照射量補正の併用（「内挿処理／照射量加重平均」）のいずれかを用いて計算される。
【０１０１】
図の棒線は、照明器の配置を変えて得られた焦点深度の値（同時に８％の露光許容範囲の制限付き）を表す。図２０は、この試験で用いた別の配置を表す。投影ビームの瞳面１８での断面が、各照明器について示されている。これらの異なる照明配置は、例えば、図９の多極子生成素子３８を適切に調整することによって得られる。
【０１０２】
この試験で検討したリソグラフ課題は、２００ｎｍピッチを有する８０ｎｍホールのパターンに相当する。レジストのホールサイズのシミュレーションは、完全照明計算法を用いる市販のソフトウェア（Ｐｒｏｌｉｔｈ（登録商標））で行い、その結果を、格子計算結果の平均値と比較した。先に説明した平均化手法を試験照明器での計算結果と比較することによって、平均化方法の精度の定量的解析、および最適照明器の選択が可能になる。格子点の計算結果の平均化は、種々の試験照明器のシミュレーションを実施するより短時間で済むために、本発明は、特定のリソグラフ課題に対する最適照明器を迅速に決定することができる。
【０１０３】
図１９は、時間のかかるＰｒｏｌｉｔｈ（登録商標）による計算結果と図１６、および図１８に説明した方法で得られた計算結果の両方が、最適照明器を選択するための照射量に加重値を与えた内挿処理結果と合致することを示す。
【０１０４】
図２１を見ると、加重値が与えられるとともに内挿処理された放射源計測値に基づく（同時に、少なくとも８％露光許容範囲に制限された）焦点深度（ＤＯＦ）の値の予測値が、Ｐｒｏｌｉｔｈ（登録商標）で得られた予測値と比較される。この比較は、（図１８に示す）複数の試験照明器について行われる。本発明の方法で得られた予測値がＰｒｏｌｉｔｈ（登録商標）で得られた予測値に申し分なく合致することを、データは示している。これらの結果は、本発明の方法が、実際の照明器で得られ、また、放射源の選択、最適化、および設計に用いられる予測値に好適に合致することを指摘している。
【０１０５】
図２２を参照して、（図１６で説明した方法に従う）完全レジスト計算法で得られる予測値が、異なる焦点はずれの値（ＮＩＬＳＦ２とＮＩＬＳＦ３）のときにスカラー空中像距離で得られた予測値と比較されている。プロセスウィンドウを最大化して、最適照明条件を決定するために用いられる焦点はずれは、０．２μｍ（ＮＩＬＳＦ２）、および０．３μｍ（ＮＩＬＳＦ３）である。検討されたリソグラフ課題は、先の例と同じで、２００ｎｍのピッチを有する８０ｎｍホールのパターンに相当し、用いられた試験照明器は、図２０で説明したものと同じである。結果は、空中像距離が、最適照明器を予測する能力に劣ることが示されている。
【０１０６】
図２３を見ると、異なるリソグラフ課題について行われた図２２類似の試験結果が示されている。この試験で検討したリソグラフ課題は、３００ｎｍのピッチを有する８０ｎｍホールのパターンに相当する。正規化空中像対数勾配法（ＮＩＬＳ）とマスクエッジＭＥＦ２（すなわち、０．２μｍの焦点はずれ）時の空中像照度法の両方が、完全レジストシミュレーション法によって予測された最適照明器を検出できなかった。
【０１０７】
図２２と図２３で説明した試験の結果は、プロセスウィンドウを最大化するために用いられるＮＩＬＳ計測法が、最良照明条件を余り正確に予測するものではなく、また、プロセスウィンドウを定量的に予測するものでもない、ことを示している。この精度低下は、開口数（ＮＡ）が増大するために（より強いベクトル効果のために）より悪化し、また、中程度のコントラストと、空中像の限界からは程遠い転写能力しか有しない特定の工程については予測されていたことである。
【実施例５】
【０１０８】
ここで、図２４を参照して、本発明の実施例によるリソグラフ装置の照明条件を最適化する方法が説明される。この実施例では、照明器配置の選択は、得られるリソグラフ工程が焦点はずれの予め決められた範囲において、実質的に等価焦点を有するように行われる。本発明の実施例では、等価焦点補正は、基板上に転写されるリソグラフパターンを規定する段階と、シミュレーションモデルを選択する段階と、照明器の瞳面内の放射源点の格子を選択する段階と、各放射源点について、各々がシミュレーションモデルを用いての単一の、または、一連のシミュレーションの結果である個別応答を計算する段階と、各放射源点についての焦点はずれによる個別応答の変化である距離を計算する段階と、距離の解析に基づいて照明配置を調整する段階とを含む。
【０１０９】
図２４に示す方法では、照明条件の最適化は、多くのリソグラフ課題について焦点はずれに二つの相反する（解像の）失敗機構が存在するという事実に基づいている。この原理は、図２５に示されており、それは、マスク上の固定された限界寸法（ＣＤ）での焦点と露光のマトリックスを表す。このマトリックスは、また、ボッスン（Bossung）図と呼ばれるが、重要なリソグラフ情報、より具体的には、異なる露光エネルギーに対する焦点の関数としてのＣＤ変化を包含する。
【０１１０】
図２５には、リソグラフに有効な照射量と焦点が、所望サイズの構造を同程度に転写する能力によって規定されている。このグラフでは、リソグラフ工程は、焦点と照射量の大きい変化が、目標ＣＤに与える影響が最小のときに確立されている、とみなされる。現実には、このことは、転写されたＣＤを許容ＣＤの範囲に維持することが必要である。この範囲は、点線（１）と点線（２）の間に入るＣＤとして模式的に図２５に示されている。理想的には、この確固とした工程は、ボッスン図の「等価焦点」線分ＡＢによって示される。
【０１１１】
このグラフから判るように、焦点誤差と照射量誤差は、二つの相反する影響をもたらして、リソグラフ工程の失敗機構を発動させる。第一の影響は、許容ＣＤ範囲の外側でＣＤが増加することによって特徴付けられ、第二の影響は、この範囲の外側でＣＤが減少することによって特徴付けられる。
【０１１２】
従って、リソグラフ工程を実質的に等価焦点（すなわち、焦点誤差に無関係）にするために、リソグラフ工程の最適化は、本発明の実施例では、一つの影響を別の影響によって補正することによって行われる。より具体的に言うと、このことは、本発明の実施例では、焦点はずれ時の高いＣＤのために失敗している照明器の領域を、焦点はずれ時の小さいＣＤのために失敗している照明器の領域で均衡させることによって達成される。これにより、プロセスウィンドウ内のＣＤ変化が著しく減少して、ほぼ等価焦点状態が、焦点の予め決められた範囲について得られるとともに、ＣＤが許容範囲に留まる焦点範囲（ＤＯＦ）が増大する。。
【０１１３】
より具体的には、リソグラフ装置の照明条件を最適化する方法は、本発明の実施例では、焦点はずれ時の目標のＣＤ変化を考慮する新たな距離を提供する。この実施例の距離は、照明器に配置された各放射源点について、所定の焦点はずれ時のＣＤを計算して、この結果を最良焦点時に得られるＣＤと比較する。この計算は、照明器に配置された放射源点のすべてについて、その後繰り返される。照明条件の調整が、各放射源点について得られた結果の比較に基づいて、次に実行される。より具体的には、照明条件の調整は、焦点はずれ時の基板上に高いＣＤを生成している照明器の領域が、基板上に小さいＣＤを生成している照明器の領域と混合されるように照明配置を選択することによって行われる。
【０１１４】
本発明の方法は、パターンのＣＤを、より一般的には、コンピュータシミュレーションによって各放射源点についての応答を計算することを可能にする。
【０１１５】
本発明の実施例では、空中像モデルが、個別応答を計算するために用いられる。この実施例では、入射光のフォトレジスト表面でのエネルギー分布がシミュレートされる。空中像のシミュレーションを、Ｐｒｏｌｉｔｈ（登録商標）のような市販のシミュレータの助けを借りて行ってもよい。先に説明したように、そのようなケースに用いられるモデルは、よく知られており、スカラーまたはベクトルの形のフーリエ光学に基づいている。この実施例では、開口数ＮＡまたは特定のパターンのような撮影装置の異なる要素の特性は、シミュレーションのための助変数として入力される。
【０１１６】
また、この実施例では、計算された像は、複数の予め決められた基準に照らして評価されて、像が、所望の形状をウェハ上のフォトレジストにうまく転写できるほどの十分なコントラストを有するか否かが判断される。空中像は、ある焦点範囲に亘って、露光許容範囲および焦点深度（ＤＯＦ）に関する推定値を得るために解析され、この処理は、最良の光学条件を達成するために繰り返し実行される。実際には、空中像の品質は、コントラストまたは正規化空中像対数勾配（ＮＩＬＳ）距離（形状サイズに正規化後）を用いて決定される。この値は、像照度の勾配（または空中像）に対応する。
【０１１７】
この実施例では、各放射源点について検討された応答は、目標限界寸法（ＣＤ）を与える空中像の照度閾値の焦点はずれ時における変化である。代わって、本発明の別の実施例では、検討された応答は、固定照度閾値（すなわち、目標ＣＤを与える空中像の照度閾値）における焦点はずれ時のＣＤ変化である。
【０１１８】
本発明の別の実施例では、完全レジスト計算法を用いて、各放射源点についての応答のシミュレーションが行われる。この手法では、像の受け手、すなわちフォトレジスト、の影響が、より具体的には、電磁界とフォトレジストとの相互作用の影響が計算に考慮される。完全レジスト工程シミュレーションでは、また、フォトレジスト焼成とフォトレジスト現像の段階を考慮に入れることによって、物理的活性種の非ゼロ拡散または有限な溶解コントラストに起因する影響が考慮される。
【０１１９】
このモデルでは、入力助変数は溶解助変数（Ｒｍｉｎ、Ｒｍａｘ；Ｍａｃｋ４ｎおよびＭｔｈ；ノッチモデルｎ、ｎｎｏｔｃｈ、およびＭｔｈ）、焼成助変数（溶解長さ、クエンチャー濃度（Ｑ）、増幅率定数［Ｋａｍｐ］）、および光学助変数（ＤｉｌｌのＢ）を含む。
【０１２０】
ここで、戻って図２４を参照し、等価焦点補正を用いるリソグラフ装置の照明条件を最適化する方法の実施例が、説明される。
【０１２１】
方法は、ステップ（Ｃ１）から開始されて、リソグラフ課題が定義される。リソグラフ課題は、基板上に転写される特定のパターンである。このパターンは、リソグラフ装置の助変数を最適化して、照明系の適切な構成を選択するために用いられ、マスク設計に含まれる積極的な構成を表すものであることが好ましい。
【０１２２】
次に、方法はステップ（Ｃ２）に進んで、パターンの輪郭を計算するためのシミュレーションモデルが選択される。
【０１２３】
本発明の実施例では、シミュレーションモデルは、空中像モデルを含む。この場合、フォトレジスト上の入射光エネルギー分布の分布状態が計算される。空中像の計算は、フーリエ光学に基づきスカラーまたはベクトルいずれかの形で行われる。実際には、このシミュレーションは、Ｐｒｏｌｉｔｈ（登録商標）やＳｏｌｉｄ−Ｃ（登録商標）等のように市販のシミュレータの助けを借りて実行される。
【０１２４】
先に説明したように、空中像シミュレーションを実行するための重要な関連助変数は、幾何光学または準単色光源の中心波長によって決定されるような、焦点の最良面が存在する面までの距離を意味するガウス像面の焦平面からの距離を含む。これらの助変数は、また、照明系の部分的空間コヒーレンス性の程度を表す尺度、半導体用基板を照射するレンズ系の開口数、光学系の収差、およびフォトマスクを表す空間伝達関数の完全な記述を含む。
【０１２５】
代わって、本発明の別の実施例では、シミュレーションモデルは、完全レジスト計算法に基づいていてもよい。そのような場合、シミュレーションは、フォトレジストの不均質性、非平面の形状、またはベクトル効果によって引起される電磁界の散乱を考慮している。レジストモデルは、フォトレジスト露光、フォトレジスト焼成、およびフォトレジスト現像を考慮に入れることが好ましい。
【０１２６】
当然のこととして、完全レジスト計算法を用いる場合には、シミュレーションモデルを実行するために必須の助変数を定義して、シミュレータにロードする。これらの助変数には、空中像シミュレーションに用いられる一式の助変数の他に、溶解助変数と焼成助変数が含まれる。
【０１２７】
ステップ（Ｃ２）でのシミュレーションモデルの選択は、決して空中像モデル、または、完全レジスト計算モデルに限定するものではないと了解されるものとする。本発明の別の実施例では、集中定数モデル、または、可変閾値レジストモデルのような別のモデルも用いられる。実験データに一致したために、これら全ての実施例では、このモデルを選択した。
【０１２８】
また、ステップ（Ｃ２）でシミュレーションを実行することは、レジスト形状の計算に限定されるものではなく、シミュレーションは、工程の許容範囲、密集／孤立形状バイアス、サイドローブ転写、およびマスク欠陥に対する感度のような別の、補完的な応答を得るためにも実行されると了解されるものとする。
【０１２９】
次に、方法はステップ（Ｃ３）に進んで、放射源ビームの分割を意味する光源点の格子が照明器の瞳面に画成される。
【０１３０】
より具体的には、各々が個別格子点を表す照明ファイルが生成されて、シミュレーションソフトウェアにロードされる。ファイルに収容された光源点が、図７〜図９に示す照明系の瞳面１８における照明器の全断面を空間的に覆う放射源点格子を形成する。先に説明したように、本発明の別の実施例では、放射源点の格子が、異なる形態に画成されると了解されるものとする。例えば、照明ファイルの代わりに、放射源点の格子をシミュレーションソフトウェアに助変数を用いて特定してもよい。
【０１３１】
図２４を続けて参照して、照明源を等価焦点補正を用いて最適化する方法は、ステップ（Ｃ４）に進み、個別応答が、各格子源点について計算される。
【０１３２】
より具体的には、個別応答の各々は、シミュレーションモデルを用いての単一の、または、一連のシミュレーションの結果を表す。可能な応答は、例えば、検討対象のパターンの限界寸法、または、基板上に目標の限界寸法（ＣＤ）を規定するために必要な照度閾値を含む。
【０１３３】
各放射源点について個別応答を計算した後に、方法はステップＣ５に進み、各放射源点についての焦点はずれによる個別応答の変化が予測される。
【０１３４】
本発明の実施例では、これは、所定の焦点はずれ時の各放射源点について別の一組の応答を計算する距離によって達成される。次に、距離では、焦点はずれ時に得られた応答が最良焦点時に計算された応答と比較されて、各放射源点についての距離応答が生成される。応答が限界寸法の場合には、焦点はずれ時に得られたＣＤが、焦点はずれがない状態で計算されたＣＤから減算され、逆もまた同じ。代替としては、検討対象の応答が照度閾値である場合には、焦点はずれ時に得られた照度閾値が、焦点はずれがない状態で決定された照度閾値から減算される。これにより、焦点はずれ時のＣＤ変化または照度閾値の変化が確立される。焦点はずれの値は、初めに探索される焦点深度範囲の内側、または、外側に設定してよい。本発明の実施例では、焦点はずれの値は、０．０２μｍから０．４μｍの範囲内にある。
【０１３５】
照明条件の最適化を容易にするために、距離の結果は、放射源位置の関数としてプロットされて、距離応答の等高線図に描かれる。
【０１３６】
図２６ａと図２６ｂを見ると、本発明の方法によって得られた等高線図の実施例が示されている。図２６ａと図２６ｂは、瞳面１８における照明器の右側上部に相当する。これらの図に示されているように、放射源点格子は、照明器の全開口に対して０．１：０．１の間隔を有する。対称であるために、照明器の右側上部の四半分だけ図示すればよい。
【０１３７】
検討対象のリソグラフ課題は、３６０ｎｍピッチの９０ｎｍホールであった（図２６ｃ参照）。図２６ａは、レジスト計算法で得られた距離応答の等高線図である。この場合の距離では、最良焦点時と焦点はずれ時に得られたパターンの限界寸法が計算されて、比較される。図２６ｂは、空中像シミュレーションで得られた等高線図の例である。この例の距離では、最良焦点時の照度閾値が、０．２μｍの焦点はずれ時の照度閾値と比較される。この実施例では、空中像シミュレーションの照度閾値の変化が、ＣＤ変化と等価であることに注目されるものとする。
【０１３８】
これらの等高線図は、焦点はずれでホールの限界寸法（ＣＤ）が増加する、または、減少する照明器の領域、およびサイズ効果の程度を示す。照明器の各領域が、最良焦点で得られるＣＤに対する焦点はずれによるＣＤの変化を示している。図２６ａではＣＤ変化がナノメートルで計算され、図２６ｂでは照度閾値変化がナノメートルで計算されており、照度１．０は開放値を表す。
【０１３９】
ここで、図２６ａを詳しく見ると、ＣＤを向上させている照明器領域は、四半分の左側最下部に集中している。これらは、２５〜５０ｎｍのＣＤ増強を反映したものである。これは、ボッスン図では「笑い」曲線に相当する。対照的に、ＣＤの劣化を引起している照明器領域は、図の中心部に位置している。この場合、ボッスン図の曲線は極度の「渋面」となって、焦点はずれ時にはホールが閉塞する（ＣＤ＝０）。
【０１４０】
同様の情報が、図２６ｂに示した等高線図でも得られる。このグラフから判るように、ＣＤの向上が最も著しい照明器領域は、四半分の左側最下部に位置している。逆に、四半分の中央部は、照度閾値の減少とＣＤの劣化を起こしている照明器の領域を表している。
【０１４１】
本発明の一実施例では、これらの等高線図は、図２７ａ、図２７ｂに示すように、反対の等価焦点性質を表す等高線図に変換してもよい。
【０１４２】
これらの図では、二領域だけが示されている。第一の領域は、ＣＤを向上させている照明器領域に相当し、各々、完全レジストモデルでは正の符号領域で、空中像計算法では負の符号領域で表されている。逆に、第二の領域は、ＣＤを劣化させている照明器領域に相当して、各々逆の符号領域で表されている。
【０１４３】
戻って図２４を見ると、等価焦点補正を用いて照明条件を最適化する方法は、ステップ（Ｃ６）み進み、照明器の照明条件が距離の解析に基づいて調整される。
【０１４４】
本発明の実施例では、照明条件の最適化は、応答の値（ＣＤまたは照度閾値）を向上させている領域を、応答の値を劣化させている領域と混合する照明の種類を選択することによって行われる。実際には、このことは、図２７ａと図２７ｂにおける正の符号領域が負の符号領域で均衡されることを意味し、逆もまた同じ。
【０１４５】
本発明の実施例では、領域の均衡化は、図２８に示すように、正の領域と負の領域に含まれる複数の放射源点を選択することによって行われる。実際には、これらの放射源点の選択には、目標ＣＤを転写するためのこれらの放射源点の性向を考慮するべきである。換言すると、本発明のこの実施例では、加重値が、各放射源点に与えられる。空中像シミュレーションの場合、放射源点の加重値は、この放射源点から得られる空中像の照度に依存する。完全レジスト計算法では、放射源点に与えられる加重値は、最良焦点で目標ＣＤ（すなわち、ＣＤ対サイズ）を転写するために必要な照射量に反比例する。結果として、この光源点について必要照射量が小さい場合、この点は、反対符号の領域内の比較的広い部分を潜在的には均衡させる。当然、放射源点が実質的に同じ加重値を有する場合には、領域の均衡化は、正の領域、および負の領域において同数の放射源点を選択することによって行われる。図２８では、このことは、０．２５σの照明配置（すなわち、図２８に示す円弧に対応する開口を規定する配置）を選択することになる。これによって、リソグラフ工程は、検討対象の焦点範囲についてほぼ等価焦点になる。
【０１４６】
０．２５σの照明配置でのＣＤ変化の結果が、図２９に示されている。このグラフは、９０ｎｍホールの限界寸法の変化を、複数の露光に対する焦点の関数として表したマトリックス露光に対応する。このグラフから判るように、露光エネルギーのレベルに拘らず、検討した焦点範囲についてＣＤの変化は殆どない。
【０１４７】
また、最良の照明条件を選択する場合、補助的応答が考慮されると了解されるものとする。本発明の実施例では、これらの応答は、露光許容範囲ＥＬ、照射量対サイズＥ１：１、ＥＬ８％時の焦点深度（ＤＯＦ＠８％ＥＬ）、密集／孤立バイアス、またはＭＥＥＦを含む。
【０１４８】
これらの応答は、照明器の最適配置を決定する際に関連する別の情報を保有する。応答の計算は、本発明において設定された原理に基づく。すなわち、各放射源点について個別応答が計算され、応答の各々は、シミュレーションモデルを用いての単一の、または、一連のシミュレーションの結果を表す。当然、これらの応答の各々に対するシミュレーションは、空中像モデルまたは完全レジスト計算法で行われる。
【０１４９】
図３０ａ、図３０ｂは、完全レジスト計算法で得られた等高線図を示す。第一のグラフにおいて、解析された応答は、最大露光許容範囲である。第二のグラフでは、照射量対サイズＥ１：１の応答性が解析された。これらのグラフから判るように、照明器の異なる領域は、これらの応答に異なる値を与えて、照明条件の最適化に貢献する。例えば、露光許容範囲を向上させる照明器領域は、四半分の右側上部に位置している。同様に、有利なほどに小さいＥ１：１になる有効領域も、また、等高線図の右側上部に位置している。
【０１５０】
したがって、３６０ｎｍピッチの９０ｎｍホールを転写するための最良照明条件は、図３１に示す照明配置によって与えられるものと予測される。この図は、照明器の瞳面における投影ビーム形状を示す。この配置は、軸上照明と軸外しクエーサー照明の併用である。図３１に示す照明配置で得られた焦点深度と露光許容範囲に関するシミュレーション結果は、各々、図３２と図３３に示されている。これらの図から判るように、焦点はずれによるＣＤ、および露光許容範囲の変化は殆どない。
【０１５１】
図３４は、（１）固定照射量許容範囲での焦点深度を最大化する通常計算（この場合完全レジスト計算法）、（２）単純照明器設計に基づく等価焦点補正、または（３）複雑な照明器を用いる等価焦点補正と目標最大照射量許容範囲の手法で最適化された工程に対する焦点はずれ時の露光許容範囲の変化を比較したものである。この図は、等価焦点補正が、焦点深度（ＤＯＦ）を著しく大きくすることを示している。この図は、また、照明器の適切な部分を混合することによって大きいＤＯＦが維持されるとともに、露光許容範囲が大きく増大されることを示している。最良焦点時の正規化空中像対数勾配（ＮＩＬＳ）に関する情報を含む空中像の計算結果の解析によって、同様の向上が得られることに注目されたし。ＮＩＬＳは、露光許容範囲に比例するために、そのような解析は、また、高い露光許容範囲を有する等価焦点性能を得るために、軸上照明と軸外し照明を混合するように誘導する。
【０１５２】
同様の手法が、別のリソグラフ課題の照明条件を最適化すために用いられた。コンタクトホールのピッチの広い範囲を、ハーフトーン型位相シフトマスクを用いて転写する場合を調査すると、クエーサー照明（密集ピッチについて）と小さいシグマ（孤立ピッチについて）の併用が最良の結果をもたらすという結論になる。この場合、解析対象のリソグラフパターンは、１．１の開口数のもと、波長１９３ｎｍの放射源で照射する４００ｎｍピッチの７５ｎｍホールであったが、「孤立ピッチ」をさらに注意深く解析することによって新たな情報が得られた。図３５ａ〜図３５ｄは、露光許容範囲（最大ＥＬ）、焦点深度（最大ＤＯＦ）、露光許容範囲８％時の焦点深度（ＤＯＦ＠８％ＥＬ）、および等価焦点の各々について得られたシミュレーション結果を示す。
【０１５３】
完全レジスト計算法で得られた初めの三つの応答は、小さいシグマの照明が、予想通り、この孤立ピッチについては最良であることを示している。これに対して、等価焦点曲線シミュレーションは、瞳の最外周部に小さいクエーサーを新たに配置することが、リソグラフ性能に等価焦点補正をもたらすことを示している。従って、この最良照明配置は、クエーサーと小さいシグマを併用することによって密集ピッチを転写するために一般に必要なレベル以上に向上させられていると結論付けた。
【０１５４】
８％の露光許容範囲で計測した焦点深度（ＤＯＦ＠８％ＥＬ）のシミュレーション結果は、本発明の方法によって予測された種類の照明配置について図３６ａに示されている。このグラフは、ピッチの関数としてのＤＯＦ＠８％ＥＬの変化を示す。ちなみに、図３６ｂと図３６ｃは、二種類（ＮＡとクエーサー照明）の配置をした場合の放射源の形状を示す。
【０１５５】
このグラフから判るように、ＤＯＦ＠８％ＥＬは、ピッチの大きさにかかわらず安定している。さらに重要なことは、この図が、クエーサー照明の小さい変化によって焦点深度が著しく増加することを示していることである。この場合、等価焦点補正では、とりわけ孤立ピッチについては、０．９７クエーサー照明の方が０．９０クエーサー照明より優れていた。ピッチの関数としてのＤＯＦ＠８％ＥＬの変化のシミュレーションが、この結果を明確に確証している。通常の計算法では予測不可能であったが、等価焦点補正計算法は、ＤＯＦの顕著な増加をもたらして、リソグラフ工程を最適化するために極めて有用であることを明確に示している。
【実施例６】
【０１５６】
ここで、図３７を参照して、本発明の実施例によるリソグラフ投影装置の照明条件を最適化する方法が説明される。本発明のこの実施例では、レンズ収差の影響が、照明条件の最適化に考慮される。より具体的には、収差が照明条件に与える感度が、放射源点の位置の関数として計算されて、その情報が、次に、最良照明条件の選択に用いられる。
【０１５７】
本発明のこの実施例では、収差感度を最小にするための放射源の最適化は、基板上に転写されるリソグラフパターンを規定する段階と、シミュレーションモデルを選択する段階と、照明器の瞳面内の放射源点格子を選択する段階と、投影系の少なくとも一組の収差を規定する段階と、各放射源点と少なくとも一組の収差とについて、各々がシミュレーションモデルを用いての単一の、または、一連のシミュレーションの結果である個別応答を計算する段階と、個別計算の蓄積された結果の解析に基づいて照明器の照明配置を調整する段階とを含む。
【０１５８】
リソグラフィにおける限界寸法（ＣＤ）変化の主な原因は、レンズの収差である。従って、組立工程に用いられた光源にかかわらず、１５０ｎｍ以下のＣＤを有する装置の組立においては、その組立工程で使われる近回折制限レンズが、ほぼ無収差である必要がある。当業界では知られているように、収差は、欠陥レンズ、または、所望の値からずれた周波数のビームを放射する古いレーザーのような種々の原因によって引起される。従って、設置の前にレンズ性能を検証し（すなわち、性能を調査し）、続けて使用中（例えば、ＩＣ組立工程中）にレンズ性能を監視することが望ましい。
【０１５９】
レンズ製造工程中には、レンズ性能は、干渉計を用いて完全に試験される。一般に、レンズは、まず工場で性能が調査され、次に、現場での初期設置時に再度性能が調査される。レンズ性能調査のために用いられる一般的な手法は、ウェハに投影して、最小形状幅または限界寸法（ＣＤ）を計測することである。この性能調査工程中に、「垂直」および「水平」の両方の形状（すなわち、基板面上で直交する二方向に延在する形状）が計測される。複数の例では、また、４５°形状のＣＤが計測される。レンズ性能を検証するためには、全露光領域にわたる十分な数のＣＤ計測が必要である。次に、ＣＤ計測の結果は解析されて、レンズ性能が、許容範囲にあるか否かが決定される。
【０１６０】
図３８ａは、レンズの収差によって引起されたＣＤ変化の例を示す。この図は、二重線構造について、レンズ収差の関数としてシミュレーションで得られたＣＤ変化、より具体的には、（この二重線構造の）左の線と右の線との間の幅を示している。この構造は、レンズ収差に対して感度が良好なために、この試験用に選んだ。図３８ｂは、参考のために二重線構造を示す。この図から判るように、この構造は、幅が５０ｎｍの二本の線を含む。二本線のピッチは２３０ｎｍであり、この一組の線がより大きいピッチを持って繰返し配置されている。二重線の間には、また、透過型の１８０°位相シフトウィンドウ（ＰＳＷ）が設けられている（図３８ｂ参照）。
【０１６１】
この試験では、ＣＤ変化のシミュレーションは、開口数が０．７５ＮＡ、照明条件が０．２５σ、および波長が１５７ｎｍであるリソグラフ投影装置に備えられている三つの類似レンズをについて行われた。各レンズについて、レンズ視野の複数点についての収差に対応する一組の収差の平均平方根（ＲＭＳ）は既知であり、それらは、通常の計測技術（例えば、干渉計）を用いて導き出されたものである。視野の特定の点で計測した収差に対応する各々のＲＭＳ値は、ツェルニケ多項式の（ツェルニケ）係数の二次計を表しており、それは、レンズのこの特定の点における波面収差をモデル化するために用いられる。より具体的には、このＲＭＳ値は、球面から伝搬している波面の位相ずれを表す。この試験と図３７に示す方法の実施例では、収差を、特定の収差ではなく、集合的に総合波面誤差として見なしていることに注目されるものとする。換言すると、各々のＲＭＳ収差値は、（コマ収差、非点収差、像面収差、歪曲収差、および球面収差を含むザイデルの収差のような）異なる種類の収差を表している。
【０１６２】
これらのグラフから判るように、二重線構造は、非常に収差に対して感度が高い。例えば、１０ミリ波の小さい収差が、約１０％の視野で左右垂直線のＣＤ変化を起こす。
【０１６３】
図３９ａと図３９ｂは、ＤＯＦ＠８％ＥＬ、および二重線構造についてシミュレーションで得られた等価焦点曲線の応答の等高線図を示す。シミュレーションは、完全レジスト計算法を用いて、前と同じ照明条件（０．７５ＮＡと１５７ｎｍ）で行った。図３９ａから判るように、ＤＯＦ＠８％ＥＬの等高線図は、照明器中央の小さい部分が焦点深度を大きくするために貢献することを示している。対照的に、等価焦点曲線図は、照明器の縁からの照明がプロセスウィンドウを大きくすることを示している。従って、小さいシグマ照明と広いクエーサー照明の併用がリソグラフ工程を著しく向上させることが予測される。
【０１６４】
照明配置（すなわち、小さいシグマ照明と広いクエーサー照明、図４１参照）の選択を検証するために、図３８ａに示す試験に類似した試験を行った。図４０が、この試験の結果を示す。この図から判るように、交互配置は高い収差感度を有し、また、σ＝０．２５の照明は二重線構造のＣＤ変化を好適に制限し続ける。これらの結果は、照明条件を最適化するためには、レンズ収差を考慮に入れることが好ましいことを明確に示す。
【０１６５】
戻って図３７を参照して、収差感度を下げることによって照明条件を最適化する方法は、ステップ（Ｄ１）から始まり、例えば、図１３と図１４で示した本発明の実施例と同様にステップ（Ｄ３）に進む。次に、方法はステップ（Ｄ４）に進み、投影系の少なくとも一組の収差が規定される。先に説明したように、この収差の組は、視野の異なる位置に対応する収差を含む。本発明の実施例では、収差の組は、１３の個別点を含む。しかし、この収差の組の点は、求める精度の高さに応じて増減される。この点に関して、レンズは、製造会社によって１３の点が通常通り特定されていることに注目されるものとする。さらに、複数の類似の投影系またはレンズに対応する複数の収差の組をステップ（Ｄ４）で規定してもよい。このようにして、レンズ収差の経時的移動をモデル化して、この移動を照明条件の最適化に反映することが可能になる。より重要なことは、本発明のこの実施例によって、工場内の（または工場から出荷される）リソグラフ装置の分布（および、結果としての収差）を説明することができ、よってより確固としたリソグラフ工程を開発することができることである。
【０１６６】
また、先に説明したように、収差の組の各点は、対応する平均平方根（ＲＭＳ）の値を有する。この値は、ツェルニケ多項式の係数の二次計を表しており、視野のこの特定の点における波面収差をシミュレートするために用いられる。
【０１６７】
ステップ（Ｄ４）での収差の組は一つまたは複数のレンズを用いて導き出された収差に対応するが、この組は、違うように規定されると了解されるものとする。本発明の実施例では、収差の組は、例えば、特定の収差の照明条件に対する感度を推定するために規定される。別の実施例では、この組は、特定のリソグラフ工程（例えば、転写されるリソグラフパターンまたは照明条件）に特定の影響を与える興味深く、重要な収差を含む。
【０１６８】
次に、方法はステップ（Ｄ５）に進み、個別応答が、格子内の各放射源点、および収差の組の各々のＲＭＳ値について計算される。計算は、完全レジストモデル、空中像モデル、または先に説明したモデルのいずれかを用いて行われる。実際には、これらのシミュレーションは、Ｐｒｏｌｉｔｈ（登録商標）やＳｏｌｉｄ−Ｃ（登録商標）等のような市販のシミュレータで行われる。ステップ（Ｄ５）で、検討対象のリソグラフパターンの限界寸法（ＣＤ）が、各放射源点について、および、視野レンズ（または、投影レンズ）の各々の点／収差について計算される。このようにして、各光源点について一組のＣＤが計算され、これらＣＤの各々は、一つの収差に対応する。次に、計算されたパターンの（視野レンズ内の複数点について得られた）ＣＤが、総合ＣＤ範囲、または、代わって各放射源点の目標ＣＤに対するＣＤ変化の最大値を推定するために互いに比較される。（別のレンズ、または、前項で説明した特定の関心がある収差に対応する）別の収差の組が、ステップ（Ｄ４）で規定されて、全てのレンズについて最大範囲またはＣＤ変化の最大値が、収差感度の決定と最良照明条件の選択に反映される。
【０１６９】
最良の照明条件を見出すために、収差に加重値を与える方法を選択するのは、本発明の利用者次第であると、了解されるものとする。従って、収差感度に加重値を与えて、最良の照明条件を選ぶために、別の方法が、本発明の別の実施例では用いられる。例えば、本発明の実施例では、ＣＤ変化の平均値が、計算されて、収差感度を推定するために用いられる。
【０１７０】
照明条件の最適化を容易にするために、次に、計算結果は、放射源位置の関数としてプロットされて、応答の等高線図になる。
【０１７１】
図４２を見ると、図３７に示す本発明の実施例によって得られた等高線図の例が示されている。図４２は、瞳面１８における照明器の右側上部に対応する。この等高線図は、放射源位置の関数としての収差によるＣＤ変化を表している。各放射源点について、ＣＤ変化の最大値がプロットされる。図４２に示す本発明の実施例では、計算が、三つの類似のレンズについて行われ、全てのレンズについてＣＤ変化の最大値が、各光源点についてプロットされる。
【０１７２】
図４２から判るように、収差感度を最小化する照明器領域は、照明器の左側下方に位置している。しかし、小σ照明が収差のためにＣＤ変化を増大させることも、また、示されている。従って、最良照明配置は、収差感度を下げるための小さくとも０．２５σの照明と（焦点深度を大きくするために）ＣＱｕａｄ照明との併用である。この特定の試験では、小σ照明の増大は、依然として確固としたプロセスウィンドウを維持しつつ、照明条件に対する収差の感度を劇的に下げる。
【０１７３】
この手法は、クロムレス位相リソグラフィ（ＣＰＬ）マスクを用いて転写する同様のリソグラフパターン（すなわち、二重線構造）用の最良照明条件を選択することに適用できた。
【０１７４】
図４３を参照して、この図は、放射源点の位置の関数としての露光許容範囲８％時の焦点深度（ＤＯＦ＠８％ＥＬ）の変化を示す。この等高線図は、例えば、図１３または図２４に示した本発明の実施例を用いて得られた。このグラフから判るように、狭クエーサー照明を生成する照明配置が、リソグラフ工程の焦点深度を著しく増大させる。
【０１７５】
図４４は、図３７に示した本発明の実施例で得られた収差による限界寸法（ＣＤ）の変化を示す。この等高線図は、クエーサー配置が、収差によるＣＤ変化を好適に小さくすることを示す。図４４の等高線図は、また、図４３で最初に選んだ極（０．８０／０．５０クエーサー３０°）より大きい極（０．８５／０．５０Ｑ４５°）を有するクエーサー配置が良い結果与えることを示唆している（大きい極は、ＣＤ変化がゼロの広い範囲を包含するため）。
【０１７６】
この仮定は、二重線構造のＣＤ変化を（平均平方根で）波面収差の関数として示す図４５で確証された。この図は、収差感度が０．８５／０．５０クエーサー４５°照明配置を用いることによって、著しく低減されることを明確に示す。この照明構成配置では、５ｎｍ未満のＣＤ変化が、６０ミリ波までのレンズ収差を有しても依然として得られる。
【０１７７】
図４６は、図４４に用いられた照明配置の焦点深度の関数としての露光許容範囲の変化を示す。このグラフから判るように、大きい極（０．８５／０．５０クエーサー４５°）を有する照明配置は、依然として好適なプロセスウィンドウを与える。この配置は、良好なプロセスウィンドウを維持しつつ、収差によるＣＤ変化を好適に低下させることにより、好都合な妥協である。
【実施例７】
【０１７８】
ここで、図４７を見ると、本発明の実施例によるリソグラフ投影装置の照明条件を最適化する方法が、説明される。本発明のこの実施例では、照明条件の最適化は、マスク補助形状技術で一般に得られる結果に合致させるために行われる。本発明の実施例によると、複雑な光近接効果補正（ＯＰＣ）で得られる結果と同様の結果を与える照明配置を最適化する方法が提供される。図４７の本発明の実施例では、小ＤＯＦを有する形状を、照明器の別々の範囲を混合することによって、複雑で高価なマスク補助形状を用いることなく、著しく向上させることができる。
【０１７９】
マスク補助形状またはレチクル向上技術（ＲＥＴ）は、再現性を向上させて、集積回路の微細寸法の形状を製作するために広く使用されてきた。これらは、光近接効果補正（ＯＰＣ）と位相シフトマスク（ＰＳＭ）を一般に含む。
【０１８０】
ＯＰＣは、レチクルからウェハへパターンを伝達する際に起こるパターン形状と寸法の変化を補正するために、設計パターンに施す修正を含む。レチクルからウェハに伝達されるときに、パターンには、複数の影響によって歪みが生ずる。これらの歪みは、パターン密度に依存するライン幅変化、角の丸まり、およびライン長さ不足を含む。パターンの変化は、接続不良を発生させ、または、デバイスの作動スピードを最適なスピードから低下させる。歪みの原因は、レチクルパターンの忠実度不良、光近接効果、回折と干渉、ならびに、散乱およびレジストとエッチング工程中の積層効果を含む。
【０１８１】
ＯＰＣは、これらの歪みを予測して補正するように設計されているために、ＩＣパターンに与える変化は小さいものである。例えば、ライン長さ不足は、ハンマー頭の形状体を用いてラインを延長して補正することが可能であり、これによって、レジストのラインは、初めに意図された設計により近付くことになる。角の丸まりは、角の部分にセリフの形状体を追加（または、角の部分から取除く）ことによって補正できる。
【０１８２】
位相シフトマスクは、コヒーレントまたは部分的にコヒーレントな投影系において、干渉効果を利用して、所定対象の空間周波数を下げる、または、所定対象のエッジのコントラストを向上させる、あるいは、この両方を実行する。マスク上に透過型材料の別のパターンが形成された層を設計上重要な位置に追加することによって、打消し合う、または、強め合うように、干渉を局所的に制御することが可能である。この技術は、高い解像力、大きい露光許容範囲、および大きい焦点深度の組合せになる。位相シフトリソグラフィでは、透明な領域の上に透過型被覆が配置される。被覆された領域を透過する光は、被覆されていない領域を透過する光に比較すると、その位相が１８０°遅れる。位相がシフトされた範囲の縁では、位相がシフトされた領域の光と透明な領域の光が打ち消しあって、より鮮明に規定された境界が生成される。
【０１８３】
位相シフトウィンドウと光近接効果補正をより複雑な設計へと推し進めることは、マスクの構成が大変複雑になる。（ＯＰＣまたは位相シフトウィンドウを用いて）補正の種類を正確に決定することは、隣接する部分の形状、およびプロセス助変数に依存する極めて複雑な工程となる。例えば、密集設計部分に位相シフトウィンドウを配置するときには、位相の矛盾が発生する。さらに、単一の集積回路の設計に、何百万の形状を配置しなければならない。そのような大きい数の形状に対して、相互に作用させ合いながらデータを処理するための負担は、巨大になり、場合によっては、相互作用させることが不可能となる。
【０１８４】
本発明の実施例では、放射源の最適化を達成する方法は、基板上に転写されるリソグラフパターンを規定する段階と、基板上へのリソグラフパターンの転写を補助するように構成配置されるマスク補助形状を規定する段階と、シミュレーションモデルを選択する段階と、照明器の瞳面内の放射源点格子を選択する段階と、マスク補助形状を備えた場合と、備えない場合の、各光源点について、各々がシミュレーションモデルを用いての単一の、または、一連のシミュレーションの結果である個別応答を計算する段階と、個別計算の蓄積された結果の解析に基づいて照明器の照明配置を調整する段階とを含む。
【０１８５】
戻って図４７を参照して、照明条件を最適化する方法は、ステップ（Ｅ１）から開始されて、リソグラフ課題が定義される。次に、方法はステップ（Ｅ２）に進み、マスク補助形状が画成されて、シミュレータにロードされる。マスク上のパターンの転写を補助するように構成配置されているこれらのマスク補助形状は、本発明の実施例では光近接効果補正を含む。また、本発明の別の実施例では、マスク補助形状は位相シフトウィンドウを含んでもよい。図４８は、マスク補助形状の例を示す。この図は、マスク補助形状は、７５ｎｍの溝の各々の側部に設けられた５０ｎｍの散乱防止バー（ＡＳＢ）である。
【０１８６】
次に、方法は、ステップ（Ｅ３）からステップ（Ｅ４）へと進む。これらのステップで、シミュレーションを実行するためのモデルが選ばれ、かつ、照明器の瞳面内の放射源点格子が選ばれる。
【０１８７】
次に、方法はステップ（Ｅ５）へ進み、マスク補助形状を備えた場合と、備えない場合の、各放射源点について、各々がシミュレーションモデルを用いての単一の、または、一連のシミュレーションの結果である個別応答が計算される。応答は、焦点深度（ＤＯＦ）、露光許容範囲（ＥＬ）、露光許容範囲８％時の焦点深度（ＤＯＦ＠８％ＥＬ）、露光量対サイズＥ１：１、密集／孤立バイアス、形状のサイズによる任意バイアス、フィルム損失、側壁角度、マスク欠陥増加要因（ＭＥＥＦ）、線形解像力、または絶対解像力を含む。
【０１８８】
方法は、ステップ（Ｅ６）で個別計算の蓄積された結果の解析に基づいて照明器の照明配置を選択して終了する。より具体的には、本発明の実施例では、照明条件の最適化は、マスク補助形状を備えて計算した応答を、マスク補助形状を備えずに計算した応答と比較して行われる。次に、マスク補助形状を備えて計算した最良応答と同程度に優れた、または、ほぼ同等の応答を与える照明器の範囲を決定することによって、照明器配置が選ばれる。これにより、マスク補助形状を備えて得られる結果と少なくとも同等の結果を生むことができる照明配置を、マスク補助形状を備えずに確実に得ることが可能になり、照明配置はパターンを露光するために用いられる。このようにして、例えば、一般的には照明系に「補助形状」を適用するレチクルＯＰＣによって得られるような複数の好結果を生みだすことが可能になる。これにより、高価で、複雑なレチクルの必要性を大幅に削減することができる。
【０１８９】
図４７の実施例による照明条件の最適化は、また、特定の機能を有する複数のマスク補助形状を用いて行われると了解されるものとする。この場合、照明配置の最適化は、特定の機能を有するマスク補助形状を備えて得られたシミュレーション結果を、特定の機能を有するマスク補助形状を備えずに得られたシミュレーション結果と比較して行われる。
【０１９０】
また、照明条件の最適化は、最も対費用効率の高い工程を作り出すために行われると了解されるものとする。具体的には、マスク、または、放射源の「増加」は、合理的な製造量を得るために行われると留意されるものとする。従って、比較的簡単な照明を複雑なマスクに用いたり、または、代わりに複雑な照明を簡単なマスクに用いてみても良い。場合によっては（例えば、非常に困難な工程に対しては）、これら二つのオプションを併用することもできる。本発明は、最も対費用効率の高い工程の探索を容易にする有用なツールともなる。
【０１９１】
この手法によって、図４８に示す散乱防止バーを用いて得られた結果と同程度の結果を与える照明配置を選択することができた。先に説明したように、照明条件の最適化は、まず、マスク補助形状を備えて計算された応答を用いて、最良照明配置を選ぶことによって行われる。最良配置の選択は、最大焦点深度（ＤＯＦ）、および最大露光許容範囲（ＥＬ）に対する応答を用いて行った。参考として、図４９ａと図４９ｂに、放射源点の位置の関数としてのこれら二つの応答の変化を示す。この試験では、透過率６％のハーフトン型位相シフトマスクをレチクルに用い、波長１９３ｎｍの放射線を使用し、また、露光は０．９３の開口数で行なった。
【０１９２】
図４９ａと図４９ｂから判るように、非常に広いＣＱｕａｄまたはクエーサー配置が、最良の照明条件を得るためには好ましい。図５０は、これらの種類の照明配置による露光許容量の結果を示す。このグラフは、ＣＱｕａｄ極の種々の長さとサイズ（長さは、弧の角度で表示）、および種々の散乱防止バー（ＡＳＢ）のピッチに対する焦点深度の関数として、ＥＬ変化を表す。このグラフは、最良照明配置および最良リソグラフ工程が、１６０ｎｍピッチで配置されたＡＳＢ、および、２２．５°のＣＱｕａｄ極の露光によって達成されることを示す。この試験では、各々８５ｎｍと９５ｎｍの溝のサイズに対応する１０ｎｍと２０ｎｍの正のバイアスを、マスクにかけた。
【０１９３】
最良の照明配置とＡＳＢ配置を見出した後に、図４７に示す本発明の実施例による照明条件を最適化する方法は、マスク補助形状を設けずに同様の応答を計算する段階に進む。図５１ａと図５１ｂは、これらの結果を示し、これら応答の変化を放射源点位置の関数として表す。各放射源点に対する個別応答の計算、および、等高線図の決定は、例えば、図１３と図１８に示した本発明の実施例で行われる。これらの図から判るように、ＤＯＦの応答は、ＣＱｕａｄ照明が良好なプロセスウィンドウを得るためには好ましいことを示唆している。対照的に、ＥＬの応答は、小σ照明がこのリソグラフ課題に対しては最適であることを示している。従って、広いＣＱｕａｄ照明と併用された小σ照明が、大きいプロセスウィンドウを得るための照明配置であることが予測される。
【０１９４】
この特定のケースでは、ＣＱｕａｄ照明内の極のサイズ、および、σ照明のサイズは、図２４に示した本発明の実施例による等価焦点補正によって決定された。すなわち、ＣＱｕａｄとシグマスポットのサイズは、結果としてのリソグラフ工程がほぼ等価焦点となるように選ばれた。これにより、プロセスウィンドウ内におけるＣＤ変化が劇的に低減化され、予め決められた焦点範囲に亘ってほぼ等価焦点が得られ、また、ＣＤが許容範囲に維持される焦点範囲（ＤＯＦ）が増大される。
【０１９５】
等価焦点補正解析を用いることによって、少なくともマスク補助形状で得られる結果と同等の結果を与える照明配置が、０．１σ照明と３５°ＣＱｕａｄ照明との併用であると結論付けることができる。図５２から判るように、この照明配置の溝のＣＤ変化は、予め決められた焦点範囲に亘って比較的安定している。参考のために、この図は、照明器の瞳面における結果としてのビーム照度の断面を示す。
【０１９６】
場合によっては、照明器の条件を最適化するために、小さい極からの照明の照度を下げることが好ましい。例えば、非現実的に小さい極を用いることなく、必要な「等価焦点平衡」を得ることが可能である。このことは、極のサイズを大きくするとともに、その照度を下げることによって達成される。
【０１９７】
ここで、図５３を参照して、このグラフは、露光許容範囲の変化を、マスク補助形状を備えて決定された最良リソグラフ工程、および、補助形状を用いることなく極めて良好な結果をもたらすように開発された代替工程に対する焦点深度の関数として示す。このグラフから判るように、マスク補助形状が必要ないように開発されたリソグラフ工程は、マスク補助形状を備えるように開発された工程より、良好な結果をもたらす。このことは、マスク補助形状を用いて得られる優れた効果を、例えば、図１３と図１８に示した本発明の方法により適切な照明配置を選択することによって再現できることを意味する。従って、図４７に示す本発明の実施例を使用して適切な照明配置を選ぶことによって、マスク補助形状を用いることなく、良好な結果が得られるリソグラフ工程を迅速に開発することができると、結論される。図４７に示す本発明の実施例を使用すると、「補助形状」が照明器に適用され、約１５０ｎｍのパターンを転写するための複雑で高価なレチクルを省略することができる。
【０１９８】
図４７に示す「簡単マスク／複雑照明」の手法を用いることにより、マスク上のパターンにかけるバイアスを下げ、従って、リソグラフ工程の焦点深度を大きくすることができることに留意されるものとする。これにより、補助形状がマスク上には存在しないために、高い露光エネルギーかけることによってマスクが開かれてしまう危険がなくなる。今や、小バイアスの、大きい照射量を用いて、プロセスウィンドウを向上させることができる。図５４が、この原理を示している。このグラフは、露光許容範囲の変化を、バイアスを変化させたときの焦点深度の関数として表す。このグラフから判るように、焦点深度を、−５ｎｍのバイアス（マスク上の７０ｎｍの溝に相当）で増加させることができる。
【実施例８】
【０１９９】
ここで図５５を参照して、本発明の実施例によるリソグラフ投影装置の照明条件を最適化する方法が説明される。本発明のこの実施例では、照明の最適化は、最良限界寸法均一性（ＣＤＵ）距離を用いて実行される。より具体的には、リソグラフパターンの限界寸法均一性は、放射源点の位置の関数として計算され、次に、その情報が、最良照明条件を選ぶために用いられる。
【０２００】
この本発明のこの実施例では、最良ＣＤＵ距離を用いて放射源の最適化を達成する方法は、基板上に転写されるリソグラフパターンを規定する段階と、シミュレーションモデルを選択する段階と、照明器の瞳面内の放射源点格子を選択する段階と、複数の助変数とそれらの変化範囲を規定する段階と、各放射源点と複数の助変数の各々について、各々がシミュレーションモデルを用いての単一の、または、一連のシミュレーションの結果である個別応答を計算する段階と、複数の助変数と各放射源点についてリソグラフパターンのＣＤ変化を表す距離を計算する段階と、距離の解析に基づいて照明配置を調整する段階とを含む。本発明のこの実施例では、照明条件の最適化は、リソグラフパターンの限界寸法均一性（ＣＤＵ）を最良にするために行われる。このことは、本発明の実施例では、最良照明配置を選ぶときに多くの重要寄与要素を含むことによって達成される。
【０２０１】
パターンサイズを監視して、それが顧客の規格範囲にあることを確かめるために用いられる限界寸法（ＣＤ）は、基板加工中にサイズを維持するためにとりわけ重要である。設計値が基板上の実際の値と一致するとき、または、同一半導体デバイス上の多数の同様形状のＣＤが同一であるとき、ＣＤが均一である（ＣＤＵ）と呼ばれる。プロセスエンジニアは、ＣＤＵを、デバイスが規格範囲内で機能するか否かを決定する際の最も直接的な指標であると、一般に見なしている。
【０２０２】
しかし、パターンの再現性は、準波長リソグラフィでは劇的に劣化して、形成された半導体形状は、そのサイズと形状が回路設計者が描いた理想的パターンから大きくずれる。目標ＣＤからそのようなずれがあると、製品収率と製品性能が大きい影響を受けるために、最良照明条件を選ぶときには、ＣＤＵを考慮することが好ましい。
【０２０３】
シミュレーションで得られるＣＤの均一性を決定するための手法の一つは、モンテカルロモデルを用いることである。この方法では、変数の全てが、推定（または既知）分布からランダムに抽出された値で同時に変更される。本発明の方法を用いて、モンテカルロ計算法で得られる結果と同様の結果が得られる。
【０２０４】
戻って図５５を参照して、ＣＤＵ距離を用いて照明条件を最適化する方法は、ステップ（Ｆ１）から始まり、ステップ（Ｆ３）に進む。すなわち、ステップ（Ｆ１）でリソグラフ課題が定義され、ステップ（Ｆ２）でシミュレーションモデルが選択され、そして、ステップ（Ｆ３）で放射源点の格子が照明器の瞳面に形成される。次に、方法はステップ（Ｆ４）み進み、複数の助変数とそれらの変化範囲が規定されて、シミュレータにロードされる。
【０２０５】
図５５に示す本発明の実施例では、少なくとも二つの個別応答が計算される。しかし、良好なプロセスウィンドウを規定するためには、できる限り多くの応答を計算することが好ましい。本発明の実施例では、複数の助変数は、焦点範囲（μｍ）、照射量範囲（％）、レンズ収差（ＲＭＳミリ波）、系のフレアレベル（％）、パターン密度の変化（％）、およびマスクのＣＤ範囲（ｎｍ）を含む。フレアレベルは、基板に到達するが投影に関与しない光に相当して、一般に最終像のコントラストを低下させる。考えられる助変数のこのリストは、網羅的ではなく、計算には別の助変数も含まれると了解されるものとする。
【０２０６】
図５５に示す本発明の実施例による方法は、ステップ（Ｆ５）に進み、個別応答が、各放射源点と各々の助変数についての計算される。図５５では、計算された応答は、ステップ（Ｆ１）で定義されたリソグラフパターンの限界寸法（ＣＤ）である。より具体的には、ＣＤ変化は、各放射源についてステップ（Ｆ４）で規定された予め決められた範囲に亘って計算される。図５５の本発明の実施例では、各々がＣＤ変化の原因である各々の助変数は、独立して取り扱われる。
【０２０７】
複数のＣＤ変化（その各々が、助変数の値を予め決められた範囲に亘って変化させて得られる）を決定した後に、方法はステップ（Ｆ６）に進み、距離が計算される。この距離は、全ての助変数によって引起された総ＣＤ変化を決定する。より具体的には、距離は、助変数の二次計を計算して、平均ＣＤ変化を各放射源点について決定する。次に、方法は、ステップ（Ｆ７）で照明配置が距離の解析に基づいて調整されると終了する。
【０２０８】
ＣＤ変化に加重値を与える方法を決定するのは、本発明の方法の使用者であると了解されるものとする。従って、各放射源点についてのＣＤ変化は、本発明の別の実施例では違うように決定されると了解されるものとする。例えば、本発明の実施例では、助変数によって導き出された最も大きいＣＤ変化は、解析された放射源点についてのＣＤ変化を表す。
【０２０９】
図５５の実施例による最適化する方法は、図５６に示すリソグラフ課題について最良の照明配置を選択することに適用できた。この課題は、ＣＰＬマスクを用いて転写された５０ｎｍの二重線構造に相当する。図５７から判るように、図１６に示した本発明の実施例で、ＤＯＦ＠８％ＥＬを放射源点の位置の関数として計算すると、この特定のリソグラフパターンを転写するには小クエーサー照明が好ましいことを示唆している。
【０２１０】
ここで図５８を見ると、この等高線図は、図５５に示す本発明の実施例により決定された総ＣＤ変化を、放射源点の位置の関数として示す。このグラフは、大きい極（または、少なくとも図５７で決定された極より大きい極）を有するクエーサー照明が、小さいＣＤ変化のためには好ましいことを示唆している。
【０２１１】
図５９は、別の照明位置についてのＣＤ変化と、異なる助変数についてのＣＤ変化との比較を示す。これら各々のＣＤ変化の計算は、図５５に示す本発明の実施例を用いて行われた。図５９では、ＣＤＵの値は、図に標記された実際の照明器を用いて計算された。しかし、各々の配置についてのＣＤの値は、また、（図１８の本発明の実施例と同様に）照明スポット内に含まれる各々の点のＣＤ値を平均して決定してもよい。このグラフから判るように、クエーサー配置を図５７で決定された極より大きい極とともに用いることにより、ＣＤ変化は小さくなる。さらに重要なことは、このグラフは、プロセスウィンドウだけに基づいて照明器を選ぶことは、ＣＤ変化を小さくするには不十分であることを示している。従って、図５５の本発明の実施例で定義された最良ＣＤＵの手法は、所定のリソグラフ課題について照明条件を最適化するための有用なツールであると、結論付けられる。
【０２１２】
本発明の特定の実施例について先に説明したが、本発明を、説明した方法とは異なる方法で実施してもよいことは判るであろう。この説明は、本発明を制限する意図ではない。
【図面の簡単な説明】
【０２１３】
【図１】リソグラフ投影装置の模式図。
【図２】小、または低、シグマ照明配置の模式図。
【図３】輪帯、軸外し照明配置の模式図。
【図４】軸外し、四重極照明配置の模式図。
【図５】軸外し、クエーサー照明配置の模式図。
【図６】照明系の模式図。
【図７】別の照明系の模式図。
【図８】図６と図７の照明系で得られる照明配置の模式図。
【図９】さらに別の照明系の模式図。
【図１０ａ】図９に示した照明系の多極子モード生成素子の模式図。
【図１０ｂ】本発明の別の実施例による多極子モード生成素子の模式図。
【図１１】本発明の別の実施例による多極子モード生成素子の模式図。
【図１２】別の照明系、および得られる照明配置の断面の模式図。
【図１３】本発明の実施例によるリソグラフ投影装置の照明条件を最適化する方法を示すフローチャート。
【図１４ａ】低シグマ照明配置の照明器断面の模式図。
【図１４ｂ】クエーサー配置の照明器断面の模式図。
【図１５】放射源点の位置に対する、特定のリソグラフパターン（クロムレス位相リソグラフィマスクで転写した６５ｎｍ孤立ライン）の正規化空中像対数勾配（ＮＩＬＳ）の値を示す等高線図。
【図１６】本発明の実施例によるリソグラフ投影装置の照明条件を最適化する方法を示すフローチャート。
【図１７】図１６の方法で得られた等高線図。
【図１８】本発明の実施例によるリソグラフ投影装置の照明条件を最適化する方法を示すフローチャート。
【図１９】種々の試験照明条件でシミュレートした焦点深度（ＤＯＦ）の値を図１６と図１８の方法で得られたＤＯＦの値と比較したダイアグラム。
【図２０】図１９で用いられた複数の照明配置の模式図。
【図２１】市販のシミュレーションソフトウェア（Ｐｒｏｌｉｔｈ（登録商標））で得られた複数の照明配置に対するＤＯＦの値を、照射量に加重値を与えるとともに放射源の計測に内挿処理を行う本発明の実施例で得られたＤＯＦの値と比較した表。
【図２２】完全照明器計算法を市販のシミュレーションソフトウェアで実行して得られたＤＯＦの値を、図２０に示す照明配置について図１６と図１８の方法によって得られたＤＯＦの値と比較したダイアグラム。
【図２３】完全照明器計算法を市販のシミュレーションソフトウェアで実行して得られたＤＯＦの値を、図２０に示す照明配置について図１６と図１８の方法によって得られたＤＯＦの値と比較したダイアグラム。
【図２４】本発明の実施例による等価焦点補正を用いて照明を最適化する方法を示すフローチャート。
【図２５】各々の曲線に異なる露光を行った複数のＣＤ曲線と焦点はずれ曲線を対比させたボッスン図。
【図２６】（ａ）、（ｂ）は、レジスト計算法、および、空中像計算法で得られた等価焦点曲線図。（ｃ）は、（ａ）、（ｂ）で検討した、３６０ｎｍピッチの９０ｎｍホールに相当するリソグラフ課題。
【図２７】（ａ）、（ｂ）は、レジスト計算法、および、空中像計算法で得られ、照明器内で逆の等価焦点作用を示す等価焦点曲線図。
【図２８】逆の等価焦点作用を示すとともに、検討した特定の課題（３６０ｎｍピッチの９０ｎｍホール）に対して最良照明配置であることを示す等高線図。
【図２９】照明条件の最適化後に複数の露光エネルギーを変えたときの焦点はずれに対するＣＤ変化。
【図３０ａ】照明器に配置された各々の放射源点の最大露光許容範囲（最大ＥＬ）に対する貢献度を示す等高線図。
【図３０ｂ】照明器に配置された各放射源点の照射量対サイズＥ１：１に対する貢献度を示す等高線図。
【図３１】等価焦点補正、露光許容範囲、および、照射量対サイズに関する情報を混合する照明器の瞳面における照明配置。
【図３２】図３１の照明配置で得られた焦点と露光とのマトリックス。
【図３３】図３１の照明配置で得られた露光許容範囲。
【図３４】異なる照明条件に対する、焦点はずれによる露光許容範囲の変化。
【図３５】（ａ）〜（ｄ）は、それぞれ、露光許容範囲、焦点深度、露光許容範囲８％時の焦点深度、および、４００ｎｍピッチで配置された７５ｎｍホールに相当するパターンに対する等価焦点曲線について得られたシミュレーション結果。
【図３６ａ】７５ｎｍホールに相当するパターンについて、図３６ｂと図３６ｂに示す異なる種類の照明配置を用いたときの、ピッチに対する露光許容範囲８％時の焦点深度（ＤＯＦ＠８％ＥＬ）の変化を示すシミュレーション結果。
【図３６ｂ】等価焦点補正、露光許容範囲、および、照射量対サイズに関する情報を混合する照明器の瞳面における照明配置、および、０．４σ＋０．９０／０．４クエーサー照明。
【図３６ｃ】等価焦点補正、露光許容範囲、および、照射量対サイズに関する情報を混合する照明器の瞳面における照明配置、および、０．４σ＋０．９７／０．４クエーサー照明。
【図３７】本発明の実施例による照明条件を最適化する方法を示すフローチャート。
【図３８ａ】レンズ収差によって生成された波面収差に対する、三つのレンズに用いた二重線パターンのＣＤ変化。
【図３８ｂ】レンズ収差によるＣＤ変化をシミュレートするために用いた二重線構造の模式図。
【図３９ａ】照明器に配置された各々の放射源点の、露光許容範囲８％で計算された焦点深度（ＤＯＦ＠８％ＥＬ）と、図３８ｂに示す二重線構造について計算した焦点深度とに対する貢献度を示す等高線図。
【図３９ｂ】図３８ｂに示す二重線構造について計算した等価焦点曲線。
【図４０】波面収差に対する、三つのレンズと三種類の照明（σ＝０．２５、σ＝０．１５、および、小ＣＱｕａｄ＋σ＝０．１５）に用いた二重線構造のＣＤ変化。
【図４１】図４０の試験で用いた照明器、すなわち、σ＝０．２５、σ＝０．１５、および、小ＣＱｕａｄ＋σ＝０．１５、の瞳面における異なる照明配置。
【図４２】本発明の実施例による放射源点の位置に対する、収差によるＣＤ変化を示す等高線図。
【図４３】図３８ｂに示した二重線構造についてクロムレス位相リソグラフマスクを用いて行ったシミュレーションの放射源点の位置に対する、露光許容範囲８％で計測した焦点深度の変化を示す等高線図。
【図４４】本発明の実施例による放射源点の位置に対する、収差によるＣＤ変化を示す等高線図。
【図４５】波面収差に対する、三つのレンズと三種類の照明（位相シフトマスクσ＝０．２５、ＣＰＬマスク０．８５／０．５５クエーサー３０°、および、ＣＰＬマスク０．８５／０．５０クエーサー）に用いた二重線構造のＣＤ変化。
【図４６】図４４の三種類の照明配置の焦点深度に対する、露光許容範囲の変化。
【図４７】本発明の実施例による照明条件を最適化する方法を示すフローチャート。
【図４８】各溝の両側に設けられたマスク補助形状（散乱防止バー）を有する溝パターンの模式図。
【図４９】（ａ）、（ｂ）は、図４８に示した構造、および、透過率６％のハーフトーン型位相シフトマスクについて行なったシミュレーションの放射源点位置に対する、焦点深度と露光許容範囲の変化を示す二つの等高線図。
【図５０】散乱防止バーの種々のピッチと種々のサイズと長さを有するＣＱｕａｄ極についての焦点深度に対する、露光許容範囲の変化。
【図５１】（ａ）、（ｂ）は、図４８に示した構造（散乱防止バー無し）、および、透過率６％のハーフトーン型位相シフトマスクについて行なったシミュレーションの放射源点位置に対する、焦点深度と露光許容範囲の変化を示す二つの等高線図。
【図５２】等価焦点補正を用いて選ばれた３５°ＣＱｕａｄ照明と０．１σ照明により露光された溝による焦点はずれに対する、溝のＣＤ変化。
【図５３】図４７に示した本発明の実施例で選ばれた二つの照明配置の焦点深度に対する、露光許容範囲の変化。
【図５４】露光許容範囲にかけたバイアスの効果を取り込んだ焦点深度に対する、露光許容範囲の変化。
【図５５】本発明の実施例による最良ＣＤＵ距離で照明条件を最適化する方法を示すフローチャート。
【図５６】ＣＰＬマスクに設けられた５０ｎｍの二重線構造の模式図。
【図５７】本発明の実施例による放射源点位置に対する、ＤＯＦ＠８％ＥＬの変化を示す等高線図。
【図５８】図５５の本発明の実施例による放射源点位置に対する、ＣＤ変化を示す等高線図。
【図５９】複数の照明配置と種々の助変数によるＣＤ変化。
【符号の説明】
【０２１４】
１  リソグラフ投影装置
Ｅｘ，ＩＬ  放射系
ＩＬ  照明系（照明器）
Ｅｘ  ビーム伸長器
ＰＢ  投影ビーム
ＬＡ  放射光源
ＭＴ  第一目標物（マスク）テーブル
ＭＡ  マスク
ＰＭ  第一位置決め装置
ＰＬ  投影系（レンズ）
ＷＴ  第二目標物（基板）テーブル
Ｗ  基板
ＰＷ  第二位置決め装置
Ｃ  目標部分
ＲＦ  基準フレーム
ＡＭ  調整装置
ＩＮ  インテグレータ
ＣＯ  コンデンサ
ＣＵ  制御装置
ＩＦ  干渉計
Ｍ１  マスク位置決めマーク
Ｍ２  マスク位置決めマーク
Ｐ１  基板位置決めマーク
Ｐ２  基板位置決めマーク
１  円
２  光源格子
１０  集光／コリメータ光学系
１２  アクシコン／ズームモジュール
１４  光インテグレータ／投影光学系
１６  光軸
１８  瞳面
２０  マスク面
２２  アクシコン光学系
２２ａ  凹面
２２ｂ  凸面（凸形素子）
２４  ズームレンズ
２６  光インテグレータ／石英ロッド
２８  カップラー
３０  ロッド射出端投影光学系
３２  蝿の目素子
３４  対物レンズ
３６  対物レンズ
３８  多極子モード生成素子
４０  マルタ十字（ＭＡＢ）
４１  三角形ブレード
４２  三角形ブレード
４３  三角形ブレード
４４  三角形ブレード
４５  極
５０  ピラミッド形プリズム
【図１】
2004247737.tif 000005
【図２】
2004247737.tif 000006
【図３】
2004247737.tif 000007
【図４】
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【図５】
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【図６】
2004247737.tif 000010
【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０ａ】
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【図１０ｂ】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４ａ】
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【図１４ｂ】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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【図２４】
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【図２５】
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【図２６】
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【図２７】
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【図２８】
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【図２９】
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【図３０ａ】
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【図３０ｂ】
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【図３１】
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【図３２】
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【図３３】
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【図３４】
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【図３５】
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【図３６ａ】
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【図３６ｂ】
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【図３６ｃ】
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【図３７】
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【図３８ａ】
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【図３８ｂ】
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【図３９ａ】
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【図３９ｂ】
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【図４０】
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【図４１】
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【図４２】
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【図４３】
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【図４４】
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【図４５】
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【図４６】
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【図４７】
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【図４８】
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【図４９】
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【図５０】
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【図５１】
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【図５２】
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【図５３】
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【図５４】
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【図５５】
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【図５６】
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【図５７】
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【図５８】
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【図５９】
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【外国語明細書】
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