(57)【要約】【課題】目標パターンに最適化された変形照明を提供する位相格子パターン設計方法及びこれを利用したフォトマスク製造方法を提供する。【解決手段】フォトリソグラフィ過程でウェーハ上に形成する目標パターンを選択して位相格子を構成する任意の単位領域を設定し、単位領域を多数の下位セルに分割し、下位セルの各々にある任意の位相値を初期位相値で各々付与した後、下位セルのうちのいずれか１つをランダムに選択し、選択された下位セルの位相値を変化させる過程を繰り返し、下位セルに付与された位相値の配列をランダムに変化させ、前記ウェーハ上に形成する目標パターンに符合される最適の変形照明を提供する位相値の配列を探す段階を含む。【選択図】　図１
2004054263.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
フォトリソグラフィ過程によってウェーハ上に形成する目標パターンを設定する段階と、
前記ウェーハ上に形成する目標パターンのための主マスクに任意の変形照明を提供するための位相格子が具現される単位領域を設定する段階と、
前記単位領域を多数の下位セルに分割する段階と、
前記下位セル各々にある任意の位相値を初期位相値として各々付与する段階と、
前記下位セルのうちいずれか１つをランダムに選択し、前記選択された下位セルの位相値を変化させる過程を繰り返し、前記下位セルに付与された前記位相値の配列をランダムに変化させ、前記ウェーハ上に形成する目標パターンに符合する最適の変形照明を提供する位相値の配列を探す段階と、を含むことを特徴とする位相格子パターン設計方法。
【請求項２】
前記単位領域は前記位相格子の繰り返されるパターンが少なくとも含まれる領域に設定されることを特徴とする請求項１に記載の位相格子パターン設計方法。
【請求項３】
前記初期位相値は多数の位相値の中、ランダムに選択され、ランダムに選択された任意の下位セルに付与されることを特徴とする請求項１に記載の位相格子パターン設計方法。
【請求項４】
前記初期位相値は前記全ての下位セル同一な任意の位相値として付与されることを特徴とする請求項１に記載の位相格子パターン設計方法。
【請求項５】
前記下位セルに付与される位相値は０゜または１８０゜のいずれかが選択されることを特徴とする請求項１に記載の位相格子パターン設計方法。
【請求項６】
前記選択された下位セルには、ランダムに既存の位相値ではない他の任意の位相値が付与されることを特徴とする請求項１に記載の位相格子パターン設計方法。
【請求項７】
前記位相値の配列を探す段階は、
前記位相値の配列より変形照明を得る段階と、
前記得られた変形照明によって前記主マスクがウェーハ上に提供する空間像が前記ウェーハ上に形成する目標パターンの像に符合されるかを評価する段階と、を含むことを特徴とする請求項１に記載の位相格子パターン設計方法。
【請求項８】
前記評価段階において、
前記得られた変形照明によって前記主マスクがウェーハ上に提供する前記空間像はデフォーカスされた像として得られることを特徴とする請求項７に記載の位相格子パターン設計方法。
【請求項９】
フォトリソグラフィ過程によってウェーハ上に形成する目標パターンを設定する段階と、
前記ウェーハ上に形成する目標パターンのための主マスクに任意の変形照明を提供するための位相格子が具現される単位領域を設定する段階と、
前記単位領域を多数の下位セルに分割する段階と、
前記下位セルの各々にある任意の位相値を初期位相値で各々付与する段階と、前記下位セルのうちいずれか１つをランダムに選択し、前記選択された下位セルの位相値を変化させる過程を繰り返し、前記下位セルに付与された前記位相値の配列をランダムに変化させ、前記ウェーハ上に形成する目標パターンに符合される最適の変形照明を提供する位相値の配列を探す段階と、
前記した段階を前記目標パターンと他の目標パターンとが要求される前記ウェーハ上の他の領域に対して各々順次に遂行し、各々の前記他の領域に該当する位相値の配列を得る段階と、
前記得られた位相値の配列を該当ウェーハ上の領域に対応するように組み合わせる段階と、を含むことを特徴とする位相格子パターン設計方法。
【請求項１０】
フォトリソグラフィ過程によってウェーハ上に形成する目標パターンを設定する段階と、
前記ウェーハ上に形成する目標パターンのための主マスクに任意の変形照明を提供するための位相格子が具現される単位領域を設定する段階と、
前記単位領域を多数の下位セルに分割する段階と、
前記下位セルの各々にある任意の位相値を初期位相値として各々付与する段階と、
前記下位セルのうちいずれか１つをランダムに選択する第１段階と、
前記選択された下位セルに既存の位相値ではない他の任意の新しい位相値を付与する第２段階と、
前記下位セルに付与された前記位相値の配列に対するフーリエ変換された関数値を得、前記位相値の配列によって得られる変形照明を決定する第３段階と、
前記変形照明によって前記主マスクがウェーハ上に提供する空間像と前記ウェーハ上に形成する目標パターンの像との差であるコスト関数値を得る第４段階と、
前記コスト関数値を評価し、前記変形照明が前記設定された目標パターンに対して符合されるかを評価する第５段階と、
前記設定された目標パターンに符合される変形照明を提供する位相値の配列が得られるまで、前記第１段階から第５段階までを繰り返す段階と、
前記第５段階から前記第１段階に回帰する時、前記コスト関数値が以前に比べて減少した場合には、前記選択された下位セルの位相値を前記の新しく付与された新しい位相値に固定させ、前記コスト関数値が以前に比べて増加された場合には前記選択された下位セルの位相値を新しく付与される以前の前記既存の位相値として固定させる段階と、を含むことを特徴とする位相格子パターン設計方法。
【請求項１１】
前記初期位相値は多数の位相値の中でランダムに選択され、ランダムに選択された任意の下位セルに付与されることを特徴とする請求項１０に記載の位相格子パターン設計方法。
【請求項１２】
前記初期位相値は前記全ての下位セル同一な任意の位相値として付与されることを特徴とする請求項１０に記載の位相格子パターン設計方法。
【請求項１３】
前記下位セルに付与される位相値は０゜または１８０゜のいずれかが選択されることを特徴とする請求項１０に記載の位相格子パターン設計方法。
【請求項１４】
前記選択された下位セルに既存の位相値の代りに付与される新しい位相値はランダムに選択されることを特徴とする請求項１０に記載の位相格子パターン設計方法。
【請求項１５】
前記第５段階において
前記第１段階から第５段階までを繰り返す回数に対し、前記コスト関数値がある収斂値で収斂する時、前記ある収斂値に該当する前記下位セルの位相値の配列による変形照明が前記目標パターンに符合すると評価することを特徴とする請求項１０に記載の位相格子パターン設計方法。
【請求項１６】
前記変形照明によって前記主マスクがウェーハ上に提供する前記空間像はデフォーカスされた像として得られることを特徴とする請求項１０に記載の位相格子パターン設計方法。
【請求項１７】
フォトリソグラフィ過程でウェーハ上に転写する主パターンが形成された主マスクを導入する段階と、
前記主パターンに任意の変形照明を提供する位相格子を導入する段階とを含み、
前記位相格子は、
前記ウェーハ上に形成する目標パターンを設定する段階と、
前記位相格子を構成する単位領域を設定する段階と、
前記単位領域を多数の下位セルに分割する段階と、
前記下位セルの各々にある任意の位相値を初期位相値として各々付与する段階と、
前記下位セルのうちのいずれか１つをランダムに選択する第１段階と、
前記選択された下位セルに既存の位相値ではない他の任意の新しい位相値を付与する第２段階と、
前記下位セルに付与された前記位相値の配列に対するフーリエ変換された関数値を得て前記位相値の配列によって得られる変形照明を決定する第３段階と、
前記変形照明によって前記主マスクがウェーハ上に提供する空間像と前記ウェーハ上に形成する目標パターンの像との差であるコスト関数値を得る第４段階と、
前記コスト関数値を評価して前記変形照明が前記設定された目標パターンに対して符合されるかを評価する第５段階と、
前記設定された目標パターンに符合される変形照明を提供する位相値の配列が得られるまで前記第１段階から第５段階までを繰り返す段階と、
前記第５段階から前記第１段階に回帰する時、前記コスト関数値が以前に比べて減少した場合には前記選択された下位セルの位相値を前記新しく付与された新しい位相値として固定させ、前記コスト関数値が以前に比べて増加された場合には前記選択された下位セルの位相値を新しく付与される以前の前記既存の位相値として固定させる段階と、を含む位相格子パターン設計方法として設計された位相値の配列を含んで形成されることを特徴とするフォトマスク製造方法。
【請求項１８】
前記フォトリソグラフィ過程はコンベンショナル照明を使用することを特徴とする請求項１７に記載のフォトマスク製造方法。
【請求項１９】
前記位相格子は前記主マスクの前記主パターンが形成された面に対向する他面に導入されることを特徴とする請求項１７に記載のフォトマスク製造方法。
【請求項２０】
前記位相格子は前記主マスクに重なるように導入される別途の補助マスクに形成されることを特徴とする請求項１７に記載のフォトマスク製造方法。
【請求項２１】
前記位相格子は前記補助マスクの前記主マスクに対向する面に形成されたり、前記主マスクに対向する面の反対面に形成されることを特徴とする請求項２０に記載のフォトマスク製造方法。
【請求項２２】
前記位相格子は前記単位領域に具現される位相値の配列形態が前記単位領域の反復形成されることを特徴とする請求項１７に記載のフォトマスク製造方法。
【請求項２３】
前記目標パターンと他の目標パターンとが要求される前記ウェーハ上の他の領域に対し、前記位相格子パターンを設計する方法を別途に遂行し、該当領域に対する位相値の配列を得る段階と、
前記得られた位相値の配列を該当ウェーハ上の領域に対応するように組み合わせる段階と、をさらに含むことを特徴とする請求項１７に記載のフォトマスク製造方法。
【請求項２４】
前記初期位相値は多数の位相値の中でランダムに選択され、ランダムに選択された任意の下位セルに付与されることを特徴とする請求項１７に記載のフォトマスク製造方法。
【請求項２５】
前記初期位相値は前記全ての下位セル同一な任意の位相値として付与されることを特徴とする請求項１７に記載のフォトマスク製造方法。
【請求項２６】
前記下位セルに付与される位相値は０゜または１８０゜のいずれかが選択されることを特徴とする請求項１７に記載のフォトマスク製造方法。
【請求項２７】
前記選択された下位セルに既存の位相値の代りに付与される新しい位相値はランダムに選択されることを特徴とする請求項１７に記載のフォトマスク製造方法。
【請求項２８】
前記第５段階において
前記第１段階から第５段階までを繰り返す回数に対し、前記コスト関数値がある収斂値で収斂する時、前記ある収斂値に該当する前記下位セルの位相値の配列による変形照明が前記目標パターンに符合すると評価することを特徴とする請求項１７に記載のフォトマスク製造方法。
【請求項２９】
前記変形照明によって前記主マスクがウェーハ上に提供する前記空間像はデフォーカスされた像として得られることを特徴とする請求項１７に記載のフォトマスク製造方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、半導体製造に導入されるリソグラフィ工程に係り、特に、フォトマスクシステムで、ウェーハ上に形成される目標パターンに最適化された変形照明（変形された照明光または照明光の状態；ｍｏｄｉｆｉｅｄ　ｉｌｌｕｍｉｎａｔｉｏｎ）を提供する位相格子パターンを設計する方法及びこれを利用したフォトマスク製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
リソグラフィ技術は半導体製造でパターン形状を転写するに広く利用されている。ところが、半導体素子の集積度が急増し、デザインルールが急減するにつれて、リソグラフィの解像度が非常に重要になっている。リソグラフィの解像度の限界は露光光源の波長、投影レンズの開口数、焦点深度及び工程変数のような種々の要因によって決定できる。それにも拘わらず、半導体製造工程での解像度の増加要求が現在の露光装備等の限界を越えている。
【０００３】
これによって、このようなリソグラフィでの解像度の限界を照明系を変形させて克服しようとする試みや位相シフトマスクを導入して克服しようとする試みが提示されている。特に、マスクレベルに変形照明が提供されるように、主マスクに追加の格子マスクを導入し、格子による回折光を主マスクに提供する方案が試みられている。このような格子による回折光の提供は主マスクを照明する露出エネルギーを変化させ、主マスクに対する軸外照明（ｏｆｆ　ａｘｉｓ　ｉｌｌｕｍｉｎａｔｉｏｎ）を提供し、主マスクでの解像力の改善を期待するようにする。このようなマスクレベルに変形照明を提供しようとする試みは光露光装置の変形なしにも変形照明を具現できる長所が期待されている。
【０００４】
このような試みで、格子は変形照明を具現するために導入されているが、現在まで単純なライン及びスペース形態やモザイク形態に格子形態が限定されている。例えば、特許文献１には単純なライン及びスペース形態の格子が提示されている。
【０００５】
このような格子パターンは単純にライン及びスペース形態またはモザイク形態に配列された四角形パターンを基本として構成されており、単純なダイポールやクワドラポール（四極；ｑｕａｄｒｕｐｏｌｅ）に該当する変形照明を具現するのに限定されている。ところが、このような単純なダイポールやクワドラポールの変形照明ではリソグラフィの解像力を増加させるのに限界がある。
【０００６】
また、既存の変形照明では、１つのマスクに１つの変形照明だけを使用するしかない。ところが、このような変形照明が適用される半導体回路は実質的に種々の形態のパターンが組み合わせてなる。したがって、前記のような単純な１つの変形照明を採用する場合に、半導体回路をなすパターンはこのような変形照明に対して最適のパターンに該当できるが、一部パターンはこのような変形照明に対して不適合なパターンに該当されうる。すなわち、前記のような単純な変形照明は半導体回路をなす多様なパターンまたは領域別に相異なる形態の全てのパターンに対し、同時に最適化することはできない。
【０００７】
したがって、実在のリソグラフィでは変形照明によってパターンが劣化される領域を補償するために、近接効果補正（ＯＰＣ：Ｏｐｔｉｃａｌ　Ｐｒｏｘｉｍｉｔｙ　Ｃｏｒｒｅｃｔｉｏｎ）あるいは多重露光を実施している。しかし、このような追加補償過程を遂行するによって、全体リソグラフィに所要されるコスト及び時間が大幅増加しており、また、このような補償過程によっても所望の目標パターンに符合されるようにパターン転移を具現することは非常にむずかしい。
【０００８】
【特許文献１】
米国特許第６，０５７，０６５号：Ｊ．Ｂｒｅｔｔ　Ｒｏｌｓｏｎ等著、回折格子及び減衰位相シフトを有するリソグラフィシステム（Ｌｉｔｈｏｇｒａｐｈｙ　ｓｙｓｔｅｍ　ｈａｖｉｎｇ　ｄｉｆｆｒａｃｔｉｏｎ　ｇｒａｔｉｎｇ　ａｎｄ　ａｔｔｅｎｕａｔｅｄ　ｐｈａｓｅ　ｓｈｉｆｔｅｒｓ）：２０００年５月２日登録）
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
本発明が解決しようとする技術的な課題は、転写するパターンが具現された主マスクでのリソグラフィの解像力を効果的に増加させるために、主マスクに最適の変形照明を具現するための位相格子パターンを設計する方法及びこれを利用したフォトマスク製造方法を提供するところにある。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
前記技術的な課題を解決するための本発明の一観点は、ウェーハ上に形成する目標パターンに最適に符合される変形照明をフォトマスクレベルに提供する位相格子パターンを設計する方法を提供する。
【００１１】
前記の方法はフォトリソグラフィ過程によってウェーハ上に形成する目標パターンを設定する段階と、前記ウェーハ上に形成するパターンのための主マスクに任意のある変形照明を提供するための位相格子が具現される単位領域を設定する段階と、前記単位領域を多数の下位セルに分割する段階と、前記下位セルの各々にある任意の位相値を初期位相値として各々付与する段階、及び前記下位セルのうち何れか１つをランダムに選択し、前記選択された下位セルの位相値を変化させる過程を繰り返し、前記下位セルに付与された前記位相値の配列をランダムに変化させ、前記ウェーハ上に形成するパターンに符合される最適の変形照明を提供する位相値の配列を探す段階とを含んで構成される。
【００１２】
ここで、前記方法の前記した段階を前記目標パターンと他の目標パターンが要求される前記ウェーハ上の他の領域に対して各々順次に遂行して各々の前記他の領域に該当する位相値の配列を得る段階と、前記得られた位相値の配列を該当ウェーハ上の領域に対応されるように組み合わせる段階とをさらに含んで遂行できる。
【００１３】
または、前記単位領域は前記位相格子の繰り返されるパターンが少なくとも含まれる領域で設定できる。
【００１４】
一方、前記初期位相値は多数の位相値の中でランダムに選択され、ランダムに選択された任意の下位セルに付与できる。前記初期位相値は前記下位セル全てに同一な任意の位相値で付与できる。前記下位セルに付与される位相値は０゜または１８０゜の中から選択されうる。
【００１５】
前記選択された下位セルにはランダムに既存の位相値ではない他の任意の位相値が付与される。
【００１６】
前記位相値の配列を探す段階は、前記位相値の配列から変形照明を得る段階と、前記得られた変形照明によって前記主マスクがウェーハ上に提供する空間像（ａｅｒｉａｌ　ｉｍａｇｅ）が前記ウェーハ上に形成する目標パターンの像に符合されるかを評価する段階とを含むことができる。前記評価する段階で、前記得られた変形照明によって前記主マスクがウェーハ上に提供する前記空間像はデフォーカスされた像に得られることができる。
【００１７】
また、前記方法はフォトリソグラフィ過程によってウェーハ上に形成する目標パターンを設定する段階と、前記ウェーハ上に形成するパターンのための主マスクに任意のある変形照明を提供するための位相格子が具現される単位領域を設定する段階と、前記単位領域を多数の下位セルに分割する段階と、前記下位セルの各々にある任意の位相値を初期位相値として各々付与する段階と、前記下位セルのうちいずれか１つをランダムに選択する第１段階と、前記選択された下位セルに既存の位相値ではない他の任意の新しい位相値を付与する第２段階と、前記下位セルに付与された前記位相値の配列に対するフーリエ変換された関数値を得て前記位相値の配列によって得られる変形照明を決定する第３段階と、前記変形照明によって前記主マスクがウェーハ上に提供する空間像と前記ウェーハ上に形成する目標パターンの像との差であるコスト関数値を得る第４段階と、前記コスト関数値を評価して前記変形照明が前記設定された目標パターンに対して符合されるかを評価する第５段階と、前記設定された目標パターンに符合される変形照明を提供する位相値の配列が得られるまで、前記第１段階から第５段階までを繰り返す段階と、前記第５段階から前記第１段階に回帰する時、前記コスト関数値が以前に比べて減少した場合には、前記選択された下位セルの位相値を前記新しく付与された新しい位相値として固定させ、前記コスト関数値が以前に比べて増加された場合には、前記選択された下位セルの位相値を、新しく付与される以前の前記既存の位相値として固定させる段階とを含んで構成できる。
【００１８】
ここで、前記第５段階で前記第１段階から第５段階までを繰り返す回数に対して前記コスト関数値がある収斂値で収斂する時、前記ある収斂値に該当する前記下位セルの位相値の配列による変形照明が前記目標パターンに符合すると評価できる。
【００１９】
この時、前記変形照明によって前記主マスクがウェーハ上に提供する前記空間像はデフォーカスされた像として得られることを特徴とする位相格子パターン設計方法である。
【００２０】
上記の技術的課題を達成するための本発明の一観点は、前記一任意の変形照明をフォトマスクレベルに提供する位相格子パターンを設計する方法によって具現された位相格子を導入するフォトマスクを製造する方法を提供する。
【００２１】
前記方法はフォトリソグラフィ過程で、ウェーハ上に転写する主パターンが形成された主マスクを導入する段階、及び前記主パターンに任意の変形照明を提供する位相格子を前記位相格子設計方法として形成して導入する段階を含む。
【００２２】
ここで、前記フォトリソグラフィ過程はコンベンショナル（変形されていない）照明を使用できる。
【００２３】
また、前記位相格子は前記主マスクの前記主パターンが形成された面に対向する他の面に導入できる。または、前記位相格子は前記主マスクに重なるように、導入される別途の補助マスクの両面のどちらかに形成できる。
【００２４】
または、前記目標パターンと他の目標パターンが要求される前記ウェーハ上の他の領域に対して前記位相格子パターンを設計する方法を別途に遂行し、該当領域に対する位相値の配列を得る段階、及び前記得られた位相値の配列を該当ウェーハ上の領域に対応するように組み合わせる段階をさらに含んで前記位相格子は形成できる。
【００２５】
本発明によれば、コンベンショナル照明を露光光源に使用しても、マスクレベルにウェーハ上に形成しようとする目標パターンにより適切に符合される変形照明を具現できる。これによって、リソグラフィの解像力または焦点深度の向上を具現できる。
【００２６】
【発明の実施の形態】
以下、添付図面に基づき、本発明を詳細に説明する。しかし、本発明の実施例は種々の他の形態で変形でき、本発明の範囲が下で詳述する実施例によって限定されることに解釈されてはならない。本発明の実施例は当業界で当業者に本発明をより完全に説明するために提供されることである。したがって、図面での要素の形状等はより明確な説明を強調するために誇張されたものであり、図面上に同じ符号で表示された要素は同じ要素を意味する。また、ある層が他の層または半導体基板の“上”にあると記載される場合に、前記ある層は前記他の層または半導体基板に直接接触して存在でき、または、その間に第３の層が介在されうる。
【００２７】
本発明の実施例では、転写するパターンが具現された主マスクに最適の変形照明を提供する位相格子パターンを設計する方法を提供する。この時、提供される変形照明はウェーハ上に形成される目標パターンに（または主マスクに形成された目標パターンに）最大限に符合されるイメージがウェーハ上に転写できるよう位相格子パターンによって提供される。
【００２８】
このような位相格子パターンによって具現される位相格子は、主マスクの実質的に転写されるパターンが形成された面の反対面に具現されたり、別途の補助マスクに具現できる。このような位相格子は通過する光を回折させて主マスクに具現された実質的に転写されるパターンに変形照明を提供する役割を果たす。
【００２９】
回折される光によって主マスクに提供される変形照明は、工程上、必要に応じる任意のある変形照明でありうる。例えば、提供される変形照明はオクタポール（八極；ｏｃｔａｐｏｌｅ）形態でありうる。甚だしくは、設計者の意図するいかなる形態、例えば、環形や非対称的な種々な不規則的な形態の変形照明も具現することができる。それにも拘わらず、半導体回路を構成するには相異なる形の多様なパターンが形成されるべきなので、このような各々のパターンに適切な最適の変形照明はある１つに固定されない。したがって、ウェーハ上に転写しようとする目標パターンに符合される最適の変形照明を具現することが理想的である。
【００３０】
このように、転写しようとする目標パターンに符合される最適の変形照明を具現するために、本発明の実施例では変形照明を提供する位相格子パターンをランダムフリップ方法を利用して設計することを提示する。
【００３１】
具体的に、位相格子パターンを構成する単位領域を多数の下位セルに分割した後、各々の下位セルに一定の初期位相値をランダムに各々付与し、このような下位セルを含む単位領域よりなる位相格子パターンの意図した目標パターンを最上の条件で転写するのに適した最適の変形照明を提供できるかを評価する。変形照明が目標パターンに対して適切でないなら、すなわち、変形照明によってウェーハ上に転写されるパターンが目標パターンに符合されない場合、ある１つの下位セルをランダムに選択し、初期位相値ではない変化された位相値を選択された下位セルに付与した後、なお全体位相値の配列（または位相値の配列で具現される位相格子パターン）が当初目標としたパターンに最適の変形照明を提供するか否かを評価する。
【００３２】
このような下位セルをランダムに選択して変化された位相値を付与する過程はランダムフリップ方式に従うと理解されうる。すなわち、単位セルに対し位相値を既存値段ではない他の数値で順次に変化させる過程がフリップ方式に従うと理解されうり、この時、位相値をフリップさせる下位セルの選択はランダム方式に従うと理解されうる。
【００３３】
また、特定の下位セルに付与された位相値が適切であるかを評価する過程は、このような位相値の付与によって具現される位相値の配列（またはこれで具現される位相格子パターン）より得られる変形照明によってウェーハ上に転写されるイメージパターンと実際目標とするパターンとの差を比較する過程である。このような差が減少された場合には前記した特定の下位セルに付与された位相値を維持し続け、その差が増加された場合には、前記した特定の下位セルに付与された位相値をその以前に付与された位相値に復帰させる。このような特定の下位セルをランダムに選択し、変化された位相値を付与する過程及びこれに対する評価過程は、得られる位相格子パターンが導入されるにつれて具現されるウェーハ上のイメージパターンが実際の目標パターンに最適に符合される評価結果が得られるまで繰り返される。
【００３４】
このような過程を通じて得られる位相格子パターンを主マスクに付加することによって、目標パターンに最適に符合される最適の変形照明が主マスクに具現されるように効果的へ誘導できる。
【００３５】
図１は、本発明の実施例によるフォトマスクシステムで最適化された任意の変形照明を提供する位相格子パターンを設計する方法を説明するために概略的に図示したフローチャートである。
【００３６】
図１を参照すれば、本発明の実施例による位相格子パターンを設計する方法は、図１で提示された過程の流れによって遂行できる。具体的に、準備段階１１０の中の１つでウェーハ上に具現される目標パターンを設定する。このようなウェーハ上に具現される目標パターンは半導体回路を構成する種々な形態のパターンでありうる。例えば、図２に図示されたように、活性領域に該当するパターンをウェーハ上に具現しようとする目標パターンに設定できる。
【００３７】
図２は、リソグラフィでウェーハ上に具現しようとする目標パターンの一例として活性領域パターンを示す平面図である。図２に図示されたように、活性領域パターン以外にも半導体素子製造過程には多様な形態のパターンが要求される。そして、図２に図示されたように対象領域内に単純に１つの形態のパターンだけが存在せず、多様な形態のパターンが共に具現される場合も考慮されうる。したがって、前記準備段階１１０で設定される目標パターンは、多様な形態の相異なるパターンを共に含むこともできる。
【００３８】
なお、図１を参照すれば、準備段階１１０でウェーハ上に形成しようとする目標パターンが設定されれば、このために主マスク上に形成されるパターンを設定できる。以後、このような主マスクに前記目標パターンをウェーハ上に転写するリソグラフィ過程の中に、最適に符合されるある任意の変形照明を提供する位相格子のパターンが形成される領域の一部を単位領域として任意に設定する。このような単位領域は位相格子のパターンの形状が繰り返される領域であると仮定する。これは引き続き遂行される過程をより簡単にするために導入される仮定であり、実質的に単位領域を設定せずに対象の全体マスクに該当される領域を設定することもできる。
【００３９】
そして、準備段階１１０の一部段階として単位領域を多数の下位セルに分割する。
【００４０】
図３は、単位領域を下位セルに分割した例を説明するために、概略的に図示した図面である。図３を参照すれば、単位領域３１０は前記したように位相格子のパターンの形状が繰り返される領域に仮定して設定する。したがって、位相格子のパターンが形成される全体マスク領域はこのような単位領域３１０が平面上で繰り返されて行われうる。
【００４１】
任意に仮定して設定された単位領域３１０内を多数の下位セル３１５に分割する。このような下位セル３１５は任意の大きさ及び個数に分割できる。例えば、単位領域３１０内を横にｍ個、縦にｎ個の単位セルに分割すれば、全体単位セルはｍ×ｎの個数に分割される。この時、各々の下位セル３１５は非常に小さい、例えば、およそ２００ｎｍの大きさに分割されることができる。このような下位セル３１５の大きさは１：４縮少の露光の場合に、実在のウェーハ上に対しては概略５０ｎｍの大きさに該当する。各々の下位セル３１５はある一定の座標で座標空間に表示される。例えば、任意の位置の下位セル３１５の中の１つは（ｘ、ｙ）の座標で認識されうる。
【００４２】
図１をまた参照すれば、準備段階１１０として下位セル３１５の各々に任意の初期位相値を付与する。付与される初期位相値は下位セル３１５の領域内で光の位相が位相反転される程度を意味する位相値で理解するのが望ましい。
【００４３】
付与する位相値の種類を０゜及び１８０゜と仮定すれば、各々の下位セル３１５には任意の初期位相値が０゜または１８０゜等で付与できる。このように付与する位相値を０゜または１８０゜と仮定できるが、０゜、９０゜、１８０゜または２７０゜より小さい位相値の差を有するように付与される位相値の、変化される場合の数を変化設定できる。それにも拘わらず、説明が複雑になることを回避するために、付与される初期位相値を０゜または１８０゜の二種類に限定して本発明の実施例を説明する。
【００４４】
各々の下位セル３１５に０゜位相値（または１８０゜の位相値）を初期位相値として一括的に付与できる。または、各々の下位セル３１５にランダム変数生成器を利用してランダムに０゜または１８０゜の位相値を初期位相値として付与することもできる。このようにすれば、位置の下面セル（ｘ、ｙ）での初期位相値は０゜（または反対に１８０゜）でありうる。それにも拘わらず、前記したように、全ての下位セル３１５の初期位相値を同一に付与しても関係ない。これは後述するが、このような初期位相値の付与過程は全体設計過程が収斂される速度に関連するだけで、その結果には影響を実質的に及ばないためである。
【００４５】
図１をまた参照すれば、このように下位セル３１５に初期位相値を付与した後、任意の下位セルをランダムに選択する（１２０）。選択された任意の下位セルを図３の下位セル（ｘ、ｙ）であると仮定すれば、選択された下位セル（ｘ、ｙ）には一定のある初期位相値（例えば、０゜（または反対に１８０゜））が付与された状態である。
【００４６】
以後、選択された下位セル（ｘ、ｙ）に既存の位相値ではない他の新しい位相値をランダムに付与する（１３０）。例えば、下位セル（ｘ、ｙ）に０゜の初期位相値が付与された状態ならば、新しい位相値１８０゜を新しく付与する。新しい位相値は既存の初期位相値でない位相値がランダムに選択される。選択される位相値の変数が０゜と１８０゜の２種の場合では１８０゜が選択されるが、選択される位相値の変数が０゜、９０゜、１８０゜及び２７０゜の４つの場合ならば、０゜ではない他の三つの位相値の中にある１つがランダムに選択され、下位セル（ｘ、ｙ）に付与される。このような下位セルに位相値を再付与する方式はランダムフリップ方式によって進行される。すなわち、１つ１つの下位セルをフリップさせて位相値を各々付与する。
【００４７】
このように下位セル３１５の位相値がどういう状態で付与されたのかは、得ようとする最適化された位相格子パターンの結果には影響を及ぼさず、単に、このような最適化された結果に収斂する過程の速度にだけ影響を及ぼすようになる。下位セル３１５に詳述したように位相値を付与した後にこのような位相値が付与された下位セル３１５よりなる単位領域３１０を含む現段階の位相格子パターン（実質的には位相値の配列）について、このような現段階の位相格子パターンが具現する変形照明を評価する（１４０）。このような得られた変形照明を評価するために、フーリエ変換を利用する。
【００４８】
位相格子パターンと位相格子パターンを通じて具現される変形照明系はフーリエ変換で関係づけられる。すなわち、位相値のランダムな付与（１３０）によって行われた位相格子パターンが具現できる変形照明は、このような現段階の位相格子パターンによる位置とそれに関連した位相値を変数でフーリエ変換させれば、周波数空間上の位置値に得られるようになる。
【００４９】
したがって、現段階の位相格子パターンが具現できる変形照明を評価するために、現段階の位相格子パターンをフーリエ変換させる（１４０）。このようなフーリエ変換には高速フーリエ変換（ＦＦＴ：Ｆａｓｔ　Ｆｏｕｒｉｅｒ　Ｔｒａｎｓｆｏｒｍ）のアルゴリズムを利用できる。このようなフーリエ変換を利用して位相格子パターンを評価する過程は半導体分野のリソグラフィで使われる方法で使われる過程を採用して利用できる。
【００５０】
このようにフーリエ変換を通じて現段階の位相格子パターンによって具現される変形照明形態を求めた後、得られた変形照明系及び設定された主マスク上のパターンより現状でウェーハ上に転写されるパターンを得る（１５０）。すなわち、得られた変形照明系と設定された主マスクパターンによってウェーハ上に形成されるパターンを計算する。このような計算は半導体製造過程で使われている公知のリソグラフィシミュレーションによって遂行できる。このようなシミュレーションの遂行は、照明系の条件とマスク上に設定されたマスクパターンとを基本的な変数とし、ウェーハ上に転写されるパターンの空間像を具現する過程を含む。
【００５１】
このように得られた空間像、すなわち、現状でのウェーハ上に転写されるパターンが準備段階１１０で設定された目標パターンに正確に符合されるかを評価する。このために、現在の位相格子パターンが提供する変形照明系とマスク上のパターンとが作り出すウェーハ上のパターンが具現しようとするウェーハ上の目標パターンとどれほど差がつくかを表すコスト関数値を計算する（１６０）。そして、計算されたコスト関数値を評価する（１７０）。
【００５２】
このようなコスト関数は現在の位相格子パターンが提供する変形照明系とマスク上のパターン及び目標パターンに関連した多様に得られる数値を利用して計算できる。例えば、現在の位相格子パターンが提供する変形照明系とマスク上のパターンが作り出すウェーハ上のパターンとの臨界線幅（ＣＤ：ＣｒｉｔｉｃａｌＤｉｍｅｎｓｉｏｎ）と目標パターンのＣＤを比較する形態のコスト関数を考慮できる。
【００５３】
または、現在の位相格子パターンが提供する変形照明系及びマスク上のパターンが作り出すウェーハ上のパターン及び目標パターンとの比較評価は、デフォーカスされたウェーハ上のパターンイメージと目標パターンのイメージの比較過程を含んで遂行できる。例えば、公知のリソグラフィシミュレーションで標準化されたイメージログスロープ（ＮＩＬＳ：Ｎｏｒｍａｌｉｚｅｄ　Ｉｍａｇｅ　Ｌｏｇ　Ｓｌｏｐｅ）を図示し、このような比較評価を遂行できる。このようなデフォーカスされたウェーハ上のパターンイメージと目標パターンのイメージとを比較すると、現在の変形照明が最適化されたかを評価するのに有効であり、変形照明の最適化過程を短縮できる。
【００５４】
計算されたコスト関数値が特定値以下ならば、現段階の位相格子パターンの下位セルらに対する位相値の配列によって提供される現在の変形照明形態が目標パターンに符合されるパターンをウェーハ上に転写できると見なすことができる。これによって、位相格子パターンの設計過程を終了できる。ところが、初めて付与される位相値の配列によって具現される現段階の位相格子パターンがパターンの転写に最適化された変形照明形態を具現すると期待することは非常に難しく、実質的にその確率が非常に低い。
【００５５】
したがって、コスト関数値が特定値以下に得られないと、また図１の下位セルをランダムに選択する段階１２０からコスト関数値評価段階１６０を再び順次に遂行する。
【００５６】
具体的に、例を上げて説明すれば、１次のコスト関数値の計算まで行われた位相格子パターンの下位セルに対する位相値の配列を維持した状態で、単に、ある１つの下位セルについての位相値だけを変化させる。このために、ランダムに１つの下位セルを選択し、他の下位セルに対する位相値の配列は維持する。ランダムに選択された下位セルに既存の位相値でない新しい位相値をランダムに付与する。例えば、図３で、現段階で選択された下位セルが下位セル（ｘ１、ｙ１）であって、下位セル（ｘ１、ｙ１）が０゜の位相値が付与された状態であったなら、再度遂行する図１の１３０段階で下位セル（ｘ１、ｙ１）には１８０゜の位相値が付与される。このような状態の下位セルに対する位相値の配列よりなる位相格子パターンについてフーリエ変換して変形照明系を評価し（１４０）、転写されるパターンを得て（１５０）、コスト関数値を計算する（１６０）。
【００５７】
計算されたコスト関数値を以前段階のコスト関数値と比較して評価する（１７０）。現在、計算されたコスト関数値が特定値以下に得られれば、現段階での下位セルに対する位相値の配列よりなる位相格子パターンが目標パターンに最適に符合されるパターンをウェーハ上に転写できると判断してこのような計算過程を中断できる。しかし、コスト関数値が特定値以上ならば、再び図１の１２０段階から１７０段階を繰り返して行う。
【００５８】
このような繰り返しの過程によって得られる新しいコスト関数値が、このような繰り返し過程の進行によってある数値に収斂できるよう誘導するために、過程進行が図１の１７０段階から１２０段階に回帰される時、以前に遂行された１２０段階でランダムに選択された下位セルの位相値が条件によって異なるように付与される。例えば、前記した選択された下位セル（ｘ１、ｙ１）は図１の１３０段階で既存の位相値０゜でない１８０゜の新しい位相値が付与された。
【００５９】
ところが、図１の１６０段階で計算されたコスト関数値が、図１の１７０段階で以前のコスト関数値と比較して増加されたとすれば、図１の１２０段階に全体過程が回帰される時（コスト関数値が特定値以下ではない場合なので）、下位セル（ｘ１、ｙ１）の位相値は既存の位相値０゜に復帰される（１８０）。万一、図１の１６０段階で計算されたコスト関数値が、図１の１７０段階で以前のコスト関数値と比較して減少されたとすれば、図１の１２０段階で全体過程が回帰される時（コスト関数値が特定値以下ではない場合なので）、下位セル（ｘ１、ｙ１）の位相値は新しい位相値の１８０゜に固定される（１９０）。
【００６０】
コスト関数値が特定値以下になるまで、このような図１の下位セルをランダムに選択する段階１２０からコスト関数値評価段階１７０を再び順次に遂行する。前記した図１の１８０段階と１９０段階とが導入されるによって、下位セルをランダムに選択する段階１２０からコスト関数値評価段階１７０を再び順次に遂行する１つの循環過程を繰り返すことによって、得られるコスト関数値はだんだん減少されてある特定値、例えば、望ましくは０に収斂されるようになる。しかし、完全に０に収斂される状態を得ることは非常に難しいので、循環過程の終了を判断する根拠である特定値はこのようなコスト関数値の変化と循環過程の繰り返し回数が作る変化曲線の収斂位置に該当される適切な数値で任意に設定できる。
【００６１】
このような過程を通じて、最終得られる位相格子パターンの例に、図４に図示された位相格子を提示できる。この時、下位セルに付与する位相値は０゜と１８０゜の２種類に限定した。
【００６２】
図４は、本発明の設計過程によって分割された下位セルにランダムに０゜と１８０゜の２種類の位相値を付与する場合に、最終的に得られた位相格子パターンを説明するために概略的に図示した図面である。
【００６３】
図４で図示されたように、位相格子パターンは一定の単位領域に対するものである。したがって、全体位相格子パターンを完全に構成するためには、このような単位領域を引き続き繰り返すことによって、全体位相格子パターンを成すことができる。このような図４の位相格子パターンに対してフーリエ変換してその結果の周波数関数値を周波数空間に図示すれば、図５に図示されたようなフーリエ変換されたスペクトルが得られる。
【００６４】
図５は、図４の位相格子パターンに対してフーリエ変換されたスペクトルを説明するために概略的に図示した図面である。
【００６５】
図５に図示されたようなスペクトルで描写される変形照明系が図２のように設定される目標パターンに最適に符合されるかを評価した結果は、図６に提示されたようである。
【００６６】
図６は、図５の変形照明系を採用した場合に、ウェーハ上の空間像を描写した結果を図示した図面である。
【００６７】
図６の結果は図２の目標パターンに対して図５の変形照明系を利用した写真シミュレーションで得られた。この時、露光光としてはＫｒＦ光を用い、図２の目標パターンは１１０ｎｍの素子分離パターンによって設定される活性領域パターンとして与えられた。そして、露光過程での開口数は０．７に設定した。図５の変形照明系に対する比較対象として環状（ａｎｎｕｌａｒ）の変形照明を利用した。
【００６８】
ドーズに連関したデフォーカスの程度によるＮＩＬＳの数値を見れば、図５の変形照明の場合、相対的に露光量から大幅増加された工程の余裕を具現できる。焦点深度について調べてみれば、環状の変形照明の場合、スレシホルド以上のフォーカス余裕が０．２ｎｍに過ぎないのに対し、図５の変形照明の場合、約０．６ｎｍのフォーカス余裕を示している。すなわち、大幅増加された焦点深度を具現できる。
【００６９】
このような焦点深度及び露光量での差は、ウェーハ上に具現される空間像での差でも確認できる。
【００７０】
図７は、図６のＡ地点での空間像を示す図面であり、図８は、図６のＢ地点での空間像を示す図面である。
【００７１】
図７と図８とを比較すると、図７に描写された空間像が図８に描写された空間像に比べて図２の目標パターンにより最適化されていることが分かる。
【００７２】
一方、図６に図示されたようにデフォーカスされたウェーハ上のイメージ及び目標イメージを比較する過程は、本発明の実施例に提示される設計過程で変形照明を最適化する過程を短縮できる。例えば、図１の１７０のようにコスト関数値を評価する時、図６に図示されたようにデフォーカスされたウェーハ上のイメージ及び目標イメージを比較する過程を遂行すれば、現在の変形照明がある程度最適化されている状態なのかを判断するのに役に立つ。
【００７３】
このように設計される単位領域の位相格子パターンは、ウェーハ上に具現しようとする目標パターンが１つの種類の場合や設定された単位領域内での目標パターンが単位領域以外の他の領域で引き続き繰り返される場合、全体マスクはこのような単位領域の位相格子パターンが繰り返されて全体領域を満たすことによって具現される。
【００７４】
それにも拘わらず、実際半導体製造過程でウェーハ上には領域別に他の形態のパターンが各々具備することができる。すなわち、領域別に目標パターンが各々他の形態でありうる。このような場合に、今まで説明した単位領域に対する最適の変形照明を提供する位相格子を設計する方法を領域別に遂行して各々の領域に最適化された部分位相格子を各々形成できる。以後、全体マスクに該当領域別にこのような部分位相格子を設置して１つのマスクに領域別に異なる最適の変形照明が提供されるようにできる。すなわち、ウェーハ上の領域に対して各々得られた最適の位相値の配列による位相格子を該当ウェーハ上の領域に対応されるように組み合わせて全体位相格子パターンを構成できる。
【００７５】
一方、このように設計される位相格子パターンは補助マスクのある一面に具現できる。例えば、図９及び図１０に提示されたように補助マスクのある一面に位相格子パターン４５０が具現できる。
【００７６】
図９は、本発明の実施例によるフォトマスクの第１例を説明するために概略的に図示した断面図である。
【００７７】
図９を参照すれば、図１に提示されたような過程を通じて具現される変形照明のための位相格子パターン４５０はリソグラフィに導入されるマスクシステムに別途の補助マスク４００上に導入できる。補助マスク４００のある一面には図１に提示される過程を通じて具現された位相格子パターン４５０が具現される。すなわち、図５で具現されたような位相格子パターン４５０が補助マスク４００上に具現される。下位セルに付与された各々の位相値は補助マスク４００でのエッチングされた深さ差で具現される。例えば、位相格子パターン４５０の第１領域４５１は０゜の位相値を表すためにエッチングされない領域に具現され、第２領域４５３は、例えば、９０゜の位相値を表すために一定の深さにエッチングされた領域として具現され、第３領域４５５は、例えば、１８０゜の位相値を表すために異なる一定の深さにエッチングされた領域として具現される。
【００７８】
図９では、このような位相格子パターン４５０が具現された補助マスク４００の面が転写される主マスクパターン５５０が形成された主マスク５００の面方向の反対方向に整列された状態を示す。補助マスク４００の位相格子パターン４５０は主マスク５００の主マスクパターン５５０に変形照明を提供する役割を果たす。補助マスク４００に具現された位相格子パターン４５０が図５に提示されたように最適化された変形照明を具現するように設計された形態ならば、主マスクパターン５００にはこのような最適化された変形照明が入射されるようになる。
【００７９】
図１０は、本発明の実施例によるフォトマスクの第２例を説明するために概略的に図示した断面図である。図１０を参照すれば、補助マスク４００の位相格子パターン４５０が主マスク５００の一面に向けるように補助マスク４００が導入されてマスクシステムが具現できる。
【００８０】
図１１は、本発明の実施例によるフォトマスクの第３例を説明するために概略的に図示した断面図である。図１１を参照すれば、位相格子パターン４５０が主マスク５００’の主マスクパターン５５０が形成された面に対向する他の面に具現できる。すなわち、位相格子パターン４５０が主マスク５００’に一体化するように具現できる。この時、位相格子パターン４５０は補助マスク４００または主マスク５００’の後面に対する選択的なエッチング過程を通じて転写されて具現できる。
【００８１】
【発明の効果】
このような本発明はマスクシステムレベルにウェーハ上に形成しようとするパターンに最適化された変形照明系を提供できる。これによって、転写しようとするパターンに対する解像力及び焦点深度をコンベンショナル照明を使用する光露光装置の変形なしに具現して半導体素子製造工程のマージンをより向上することができる。
【００８２】
以上述べたように、本発明によれば、本発明はこれに限定されず、本発明の技術的思想の内で党分野の当業者によりその変形や改良が可能であることが明白である。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施例による目標パターンに最適化された変形照明を提供する位相格子パターンを設計する方法を説明するために概略的に示すフローチャートである。
【図２】図１のフローチャートで提示するリソグラフィでウェーハ上に具現しようとする目標パターンの一例として活性領域パターンを示す平面図である。
【図３】図１のフローチャートで提示する単位領域を下位セルに分割した例を説明するために概略的に示す図面である。
【図４】図１のフローチャートによって分割された下位セルにランダムに０゜と１８０゜の２種類の位相値を付与する場合に最終的に得られる位相格子パターンを説明するために概略的に示す図面である。
【図５】図４の位相格子パターンに対してフーリエ変換されたスペクトルを説明するために概略的に示す図面である。
【図６】図５の変形照明系を採用した場合に、ウェーハ上の空間像を模写した結果を示す結果である。
【図７】図６のＡ地点での空間像を示す図面である。
【図８】図６のＢ地点での空間像を示す図面である。
【図９】本発明の実施例によるフォトマスクを説明するために概略的に示す断面図である。
【図１０】本発明の実施例によるフォトマスクを説明するために概略的に示す断面図である。
【図１１】本発明の実施例によるフォトマスクを説明するために概略的に示す断面図である。
【符号の説明】
３１０　　単位領域
３１５　　下位セル
４００　　補助マスク
４５０　　位相格子パターン
４５１　　第１領域
４５３　　第２領域
４５５　　第３領域
５００　　主マスク
５５０　　主マスクパターン
【図１】
2004054263.tif 000003
【図２】
2004054263.tif 000004
【図３】
2004054263.tif 000005
【図４】
2004054263.tif 000006
【図５】
2004054263.tif 000007
【図６】
2004054263.tif 000008
【図７】
2004054263.tif 000009
【図８】
2004054263.tif 000010
【図９】
2004054263.tif 000011
【図１０】
2004054263.tif 000012
【図１１】
2004054263.tif 000013