(57)【要約】【課題】本発明は、目標臨界寸法でフォトレジストパターンを半導体ウエハの露光領域上に形成するための装置および方法を提供する。【解決手段】装置は、光源と、レンズと、フィルタとを有している。光源は、半導体ウエハの露光領域上にフォトマスクパターンを照射するための化学線を形成するようになっている。レンズは、光源からの化学線を集束するように配置される。フィルタは、化学線を透過する基板を有しており、基板は複数の区域に分割される。基板上の１または複数の区域には、レンズからの化学線を吸収して１または複数の区域の臨界寸法を目標臨界寸法に変化させるようになっているドーパントが埋め込まれる。この構成において、フィルタの複数の区域は、レンズからの化学線をフォトマスクへと透過させて、半導体ウエハの露光領域を照明し、目標臨界寸法で露光領域上にフォトレジストパターンを形成する。【選択図】図１
2004502309.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
目標臨界寸法でフォトレジストパターンを半導体ウエハの露光領域上に形成するための装置において、
前記半導体ウエハの露光領域上にフォトマスクパターンを照射するための化学線を形成するようになっている光源と、
前記光源からの化学線を集束するためのレンズと、
前記化学線を透過する基板を有するフィルタと、
を備え、
前記基板は複数の区域に分割され、前記基板上の１または複数の区域には、前記レンズからの化学線を吸収して１または複数の区域の臨界寸法を目標臨界寸法に変化させるようになっているドーパントが埋め込まれ、前記フィルタの複数の区域は、前記レンズからの化学線をフォトマスクへと透過させて、半導体ウエハの露光領域を照明し、目標臨界寸法で露光領域上にフォトレジストパターンを形成する装置。
【請求項２】
前記目標臨界寸法値は、前記複数の区域から選択される最大臨界寸法値であり、ポジレジストとともに使用される際に前記１または複数の区域の臨界寸法を前記目標臨界寸法まで増大させるように前記ドーパントが埋め込まれることを特徴とした請求項１に記載の装置。
【請求項３】
前記目標臨界寸法値は、前記複数の区域から選択される最小臨界寸法値であり、ネガレジストとともに使用される際に前記１または複数の区域の臨界寸法を前記目標臨界寸法まで減少させるように前記ドーパントが埋め込まれることを特徴とした請求項１に記載の装置。
【請求項４】
前記化学線は、前記フォトレジストパターンを前記露光領域上に形成するための光化学作用を生じることを特徴とする請求項１に記載の装置。
【請求項５】
前記ドーパントは、ホウ素、酸素、ナトリウムから成るグループから選択される化学薬品であることを特徴とする請求項１に記載の装置。
【請求項６】
前記基板は、ガラス、透明プラスチック、石英、石英ガラス、フッ化カルシウムから成るグループから選択される材料によって形成されることを特徴とする請求項１に記載の装置。
【請求項７】
前記目標臨界寸法は、前記フォトレジストパターンの水平臨界寸法と垂直臨界寸法との平均であることを特徴とする請求項１に記載の装置。
【請求項８】
前記目標臨界寸法は、前記フォトレジストパターンの水平臨界寸法または垂直臨界寸法であることを特徴とする請求項１に記載の装置。
【請求項９】
前記臨界寸法が前記フォトレジストパターンの線幅であることを特徴とする請求項１に記載の装置。
【請求項１０】
前記化学線が深部紫外光またはＸ線であることを特徴とする請求項１に記載の装置。
【請求項１１】
前記複数の区域が前記露光領域におけるマトリクス状の区域であり、前記露光領域がＮ×Ｍ行列に分割され、ＮおよびＭが１よりも大きい整数であることを特徴とする請求項１に記載の装置。
【請求項１２】
目標臨界寸法でフォトレジストパターンを半導体ウエハの露光領域上に形成するための方法において、
前記露光領域を複数の区域に分割し、
各ライン方向毎に１つの臨界寸法マップを用いて、第１の露光領域にわたる一組のライン方向に関する一組の臨界寸法偏差マップを形成し、各臨界寸法偏差マップは、前記露光領域の各区域における平均臨界寸法を規定し、
前記一組の臨界寸法偏差マップから、各区域における平均偏差値を評価し、
各区域における平均偏差値に基づいて、各区域における前記目標臨界寸法からの臨界寸法偏差を補正するために必要な光吸収量を決定し、
フィルタを形成する透明基板の１または複数の区域に光吸収材料を埋め込み、前記光吸収材料は、光源からの化学線を吸収して、前記露光領域の１または複数の区域の前記臨界寸法を前記目標臨界寸法に変化させるようになっており、
前記フィルタを介して第２の露光領域を前記化学線で露光し、これによって、前記フィルタの複数の区域は、レンズからの前記化学線をフォトマスクへと透過させて、半導体ウエハの第２の露光領域を照明し、前記目標臨界寸法で前記露光領域上にフォトレジストパターンを形成する方法。
【請求項１３】
前記目標臨界寸法値は、前記複数の区域から選択される最大臨界寸法値であり、ポジレジストとともに使用される際に前記１または複数の区域の臨界寸法を前記目標臨界寸法まで増大させるようにドーパントが埋め込まれることを特徴とした請求項１２に記載の方法。
【請求項１４】
前記目標臨界寸法値は、前記複数の区域から選択される最小臨界寸法値であり、ネガレジストとともに使用される際に前記１または複数の区域の臨界寸法を前記目標臨界寸法まで減少させるようにドーパントが埋め込まれることを特徴とした請求項１２に記載の方法。
【請求項１５】
前記化学線は、前記フォトレジストパターンを前記露光領域上に形成するための光化学作用を生じることを特徴とした請求項１２に記載の方法。
【請求項１６】
前記光吸収材料は、ホウ素、酸素、ナトリウムから成るグループから選択される化学薬品であることを特徴とした請求項１２に記載の方法。
【請求項１７】
前記透明基板は、ガラス、透明プラスチック、石英、石英ガラス、フッ化カルシウムから成るグループから選択される材料によって形成されることを特徴とした請求項１２に記載の方法。
【請求項１８】
前記一組のライン方向は、水平および垂直ライン方向を含んでおり、前記目標臨界寸法は、前記フォトレジストパターンの水平臨界寸法と垂直臨界寸法との平均であることを特徴とした請求項１２に記載の方法。
【請求項１９】
前記臨界寸法が前記フォトレジストパターンの線幅であることを特徴とする請求項１２に記載の方法。
【請求項２０】
前記化学線が深部紫外光またはＸ線であることを特徴とする請求項１２に記載の方法。
【請求項２１】
前記複数の区域が前記露光領域におけるマトリクス状の区域であり、前記露光領域がＮ×Ｍ行列に分割され、ＮおよびＭが１よりも大きい整数であることを特徴とする請求項１２に記載の方法。
【請求項２２】
目標臨界寸法でフォトレジストパターンを半導体ウエハの露光領域上に形成するための方法において、
露光領域を複数の区域に分割し、
第１の露光領域にわたる水平および垂直ライン方向に関する水平および垂直臨界寸法偏差マップを形成し、各臨界寸法偏差マップは、前記露光領域の各区域における平均臨界寸法を規定し、
前記水平および垂直臨界寸法偏差マップから、各区域における平均偏差値を評価し、
各区域における目標平均偏差値からの臨界寸法偏差を補正するために必要な光吸収量を決定し、
フィルタを形成する透明基板の１または複数の区域に光吸収材料を埋め込み、前記光吸収材料は、光源からの化学線を吸収して、前記露光領域の１または複数の区域の前記臨界寸法を前記目標臨界寸法値まで変化させるようになっており、
前記フィルタを介して第２の露光領域を前記化学線で露光し、これによって、前記フィルタの複数の区域は、レンズからの前記化学線をフォトマスクへと透過させて、半導体ウエハの前記第２の露光領域を照明し、前記目標臨界寸法値で前記露光領域上にフォトレジストパターンを形成する方法。
【請求項２３】
前記目標臨界寸法値は、前記複数の区域から選択される最大臨界寸法値であり、ポジレジストとともに使用される際に前記１または複数の区域の臨界寸法を前記目標臨界寸法まで増大させるようにドーパントが埋め込まれることを特徴とする請求項２２に記載の方法。
【請求項２４】
前記目標臨界寸法値は、前記複数の区域から選択される最小臨界寸法値であり、ネガレジストとともに使用される際に前記１または複数の区域の前記臨界寸法を前記目標臨界寸法まで減少させるようにドーパントが埋め込まれることを特徴とする請求項２２に記載の方法。
【請求項２５】
前記化学線は、前記フォトレジストパターンを前記露光領域上に形成するための光化学作用を生じることを特徴とする請求項２２に記載の方法。
【請求項２６】
前記光吸収材料は、ホウ素、酸素、ナトリウムから成るグループから選択される化学薬品であることを特徴とする請求項２２に記載の方法。
【請求項２７】
前記透明基板は、ガラス、透明プラスチック、石英、石英ガラス、フッ化カルシウムから成るグループから選択される材料によって形成されることを特徴とする請求項２２に記載の方法。
【請求項２８】
前記臨界寸法が前記フォトレジストパターンの線幅であることを特徴とする請求項２２に記載の方法。
【請求項２９】
前記化学線が深部紫外光またはＸ線であることを特徴とする請求項２２に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、一般に、半導体処理の分野に関する。特に、本発明は、半導体ウエハの露光領域上にフォトレジストパターンを形成することに関する。
【０００２】
【従来の技術】
集積回路（ＩＣ）チップの製造は多くの処理を含んでいる。ＩＣチップを製造する際の主な処理の１つはフォトリソグラフィである。フォトリソグラフィは、パターンを有するマスクをシリコンウエハの表面に移すために使用される処理である。フォトリソグラフィ処理においては、ウエハの表面上にパターンを印刷するために、光源を使用して、パターンがマスクからフォトレジストと呼ばれる感光材料へと移される。その後、ケミカルエッチングもしくはプラズマエッチングが使用されて、パターンがフォトレジストからウエハの表面に移される。ＩＣチップの製造は、ＩＣチップ内の回路の複雑度に応じて、多くのフォトリソグラフィ処理を必要とする場合がある。
【０００３】
今日、ＩＣ部品の寸法は著しく小さくなっている。デバイスの寸法を小さくすればするほど、多くの回路デバイスをＩＣチップ内に設けることができる。したがって、適切に機能する半導体ＩＣデバイスを製造する場合において、各種の処理、特にフォトリソグラフィの精度および正確度は重要である。
【０００４】
フォトリソグラフィ処理において、シリコンウエハ上におけるマスクパターンの印刷は、一般に、投影露光装置およびステッピングデバイスを使用して行なわれる。従来の投影露光装置およびステッピングデバイスは、「フォトリソグラフィシステムにおける照明の均一性を向上させるための装置および方法」と題される米国特許出願０９／１４１，８０７号に詳細に記載されている。ステッピングデバイスを使用する場合、例えば、ステッピングデバイスに晒される半導体ウエハの領域は、露光領域として一般に知られている。ステッピングデバイスは、マスクパターンを印刷するために、ウエハの表面の領域にわたって「段付け（ｓｔｅｐ）」する。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
残念ながら、従来のステッピングデバイスを使用してウエハ上にマスクパターンを印刷すると、露光領域を横切る臨界寸法線幅が変化することがある。臨界寸法におけるこのような変化は、不完全な光照射、レンズ、ステッピングデバイス内のマスクといった多くの要因から生じる。線幅におけるそのような変化により、ＩＣチップは、不良品となり、あるいは、用途の規格を果たさなくなる。
【０００６】
以上のことを考慮すると、必要なものは、露光領域にわたる線幅を均一にしてＩＣチップの性能及び歩留まりを向上させる装置および方法である。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
概して、本発明は、目標臨界寸法で露光領域上にフォトレジストパターンを形成するための装置および方法を提供することによって、これらの条件を満たす。本発明は、プロセス、装置、システム、デバイスあるいは方法を含む多数の手段で実施できることは言うまでもない。以下、本発明の複数の実施形態を説明する。
【０００８】
一実施形態において、本発明は、目標臨界寸法でフォトレジストパターンを半導体ウエハの露光領域上に形成するための装置を提供する。装置は、光源と、レンズと、フィルタとを有している。この装置において、光源は、半導体ウエハの露光領域上にフォトマスクパターンを照射するための化学線を形成するようになっている。レンズは、光源からの化学線を集束するように配置される。フィルタは、化学線を透過する基板を有しており、基板は複数の区域に分割される。基板上の１または複数の区域には、レンズからの化学線を吸収して１または複数の区域の臨界寸法を目標臨界寸法に変化させるようになっているドーパントが埋め込まれる。この構成において、フィルタの複数の区域は、レンズからの化学線をフォトマスクへと透過させて、半導体ウエハの露光領域を照明し、目標臨界寸法で露光領域上にフォトレジストパターンを形成する。
【０００９】
他の実施形態において、本発明は、目標臨界寸法でフォトレジストパターンを半導体ウエハの露光領域上に形成するための方法を提供する。この方法において、露光領域は複数の区域に分割される。各ライン方向毎に１つの臨界寸法マップを用いて、第１の露光領域にわたる一組のライン方向に関して一組の臨界寸法偏差マップが形成される。各臨界寸法偏差マップは、露光領域の各区域における平均臨界寸法を規定している。その後、一組の臨界寸法偏差マップから、各区域における平均偏差値が評価される。各区域における平均偏差値に基づいて、目標臨界寸法からの臨界寸法偏差を補正するために必要な光吸収量が、各区域に関して決定される。フィルタを形成する透明基板の１または複数の区域に光吸収材料が埋め込まれる。光吸収材料は、光源からの化学線を吸収して、露光領域の１または複数の区域の臨界寸法を目標臨界寸法に変化させるようになっている。その後、フィルタを介して半導体ウエハの露光領域が化学線で露光され、これによって、フィルタの複数の区域は、レンズからの化学線をフォトマスクへと透過させて、半導体ウエハの露光領域を照明し、目標臨界寸法で露光領域上にフォトレジストパターンを形成する。
【００１０】
光吸収材料は、ポジレジストもしくはネガレジストのいずれかが使用されるフィルタに埋め込まれても良い。ポジレジストが使用される場合、目標臨界寸法値は、複数の区域から選択される最大臨界寸法値である。この場合、１または複数の区域の臨界寸法を目標臨界寸法まで増大させるようにドーパントが埋め込まれる。一方、ネガレジストが使用される場合、目標臨界寸法値は、複数の区域から選択される最小臨界寸法値である。この場合、ドーパントが埋め込まれると、１または複数の区域の臨界寸法が目標臨界寸法まで減少する。
【００１１】
フィルタに光吸収材料を埋め込むと、幾つかの利点が得られる。例えば、フィルタの層の厚さを変化させるのではなく、光吸収材料を埋め込むことにより、入射光の位相が変化しない。したがって、フィルタは、リソグラフィに悪影響を与えない。更に、埋め込まれる様々な量のドーパントを与えるために、異なる露光量でインプラントビーム下でフィルタを走査することにより、フィルタリソグラフィなしでフィルタを構成することができる。本発明の他の形態および利点は、本発明の原理を一例として示す図面および以下の詳細な説明から明らかとなる。
【００１２】
本発明は、添付図面および以下の詳細な説明によって容易に理解される。同様の参照符号は同様の構成要素を示している。
【００１３】
【発明の実施の形態】
本発明は、目標臨界寸法（ｔａｒｇｅｔ　ｃｒｉｔｉｃａｌ　ｄｉｍｅｎｓｉｏｎ）でフォトレジストパターンを露光領域（照射野）上に形成するための装置および方法に関して述べられている。しかしながら、当業者であれば分かるように、本発明は、これらの特定の内容の幾つか或は全てを無くして実施されても良い。一方、良く知られた回路、システム、処理操作については、本発明を不必要に曖昧にしないように、詳細に説明しない。
【００１４】
図１は、本発明の一実施形態にしたがって半導体ウエハ１０２上にフォトレジストパターンを形成するための典型的な光学装置１００を示している。この装置１００において、光源１０４は、ウエハ１０２上にマスクパターンを照射するための化学線の形態を成す光を形成する。例えば、光源１０４は、様々な波長（例えば、１９３ｎｍ，１５０ｎｍ，３６５ｎｍ，２４８ｎｍなど）のＸ線や深部紫外光（ｄｅｅｐ　ＵＶ　ｌｉｇｈｔ）等の化学線を形成しても良い。化学線は、半導体ウエハの露光領域上にフォトレジスト材料を印刷する際に、光化学作用を生じさせるようになっている。
【００１５】
光源１０４からの光は集光レンズ１０６に方向付けられる。集光レンズ１０６は、光を集束させるとともに、集束された光をフィルタ１０８に送る。フィルタ１０８は、レンズ１０６からの光を濾過すると同時に、フォトレジストパターンの均一な線幅を形成するために線幅の変化を補償する。以下に詳細に述べるように、フィルタ１０８の１または複数の領域には、光吸収材料が埋め込まれている。光吸収材料は、レンズ１０６からの光を減衰もしくは吸収して、線幅の変化を補償するようになっている。例えば、レンズからの光を異なる量で吸収もしくは減衰するように、フィルタ１０８の複数の領域における光吸収材料の量を変えても良い。したがって、光吸収材料の添加は、ポジフォトレジストが使用される場合には線幅を更に大きくし、ネガフォトレジストが使用される場合には線幅を更に小さくするという効果を有する。
【００１６】
フィルタを通った光は、その後、１または複数のパターン１１６を有するマスク１１０へと方向付けられる。フィルタを通った光は、マスク１１０のパターン１１６を、リダクションレンズ１１４を介して、ウエハ１０２の領域１１２（例えば、露光領域）上に露光させ、すなわち、照射する。リダクションレンズ１１４は、パターンのサイズを特定の目標サイズまで減少させるようになっている。露光によって、ウエハ１０２の領域１１２上にパターン１１６を印刷すなわち形成することができる。フィルタ１０８内への光吸収材料の埋め込みは、領域にわたる線幅の変化を補償するように成されているため、臨界寸法の線幅における変化が最小限に抑えられる。領域１１２上にパターンを印刷した後、ウエハ１０２の他の領域を同様の方法で露光してフォトレジストパターンを形成しても良い。
【００１７】
図２Ａは、本発明の一実施形態に係る光学装置１００を使用してウエハの露光領域１１２上にフォトレジスト層を形成するための方法２００のフローチャートを示している。操作２０２においては、露光領域を横切る特定のライン方向に関して、１または複数の臨界寸法マップが形成される。この操作は、露光領域を例えば３×３、９×９、１１×９行列といった複数の区域に分割して、露光領域にわたる臨界寸法変化を定量化することによってレンズを図示する。簡単にするため、臨界寸法測定は、同じ寸法を有する構造がレンズフィールドにわたって間隔を置いて繰り返されるマスクを使用して成される。
【００１８】
各区域毎に臨界寸法偏差マップが形成されるように、露光領域が複数の区域に分割されることが好ましい。一実施形態においては、区域内の水平ラインに関して臨界寸法マップが形成され、区域内の垂直ラインに関して他の臨界寸法偏差マップが形成される。しかしながら、臨界寸法マップを形成するために４５°のラインといった任意の他のライン方向が使用されても良い。
【００１９】
操作２０４では、水平ラインおよび垂直ラインの臨界寸法マップから、各区域毎に平均偏差値が評価されて、平均臨界寸法マップが形成される。すなわち、領域内の各区域毎に、水平線幅および垂直線幅が平均化され、複数の区域における平均臨界寸法値が得られる。操作２０６では、各区域の平均偏差値に基づいて、高偏差値および低偏差値が決定される。高偏差値および低偏差値は、最大ＣＤ値（最大臨界寸法値）および最小ＣＤ値としてそれぞれ規定される区域において、平均偏差の範囲を規定する。
【００２０】
高偏差値および低偏差値を決定した後、操作２０８では、領域の各区域のＣＤ偏差を補償するために必要な光吸収量が決定される。一例として、比例定数αは、線幅当たりの単位面積におけるエネルギの単位を与える、線幅変化当たりの臨界寸法変化として規定されても良い。名目的に印刷するために必要な全体の光照射線量（露光量）Ｅおよび必要な偏差補正Ｃが与えられると、必要な光吸収量Ａは、Ａ＝（α＊Ｃ）／Ｅとして規定される。線幅を１７ｎｍだけ増加するためには、例えばＥ＝１７０Ｊｏｕｌｅｓ／ｍ２およびα＝７００（Ｊｏｕｌｅｓ／ｍ２）／μｍが与えられると、ポジレジストを使用して、（０．００１７μｍ）（７００Ｊｏｕｌｅｓ／ｍ２）／μｍ）／（１７０Ｊｏｕｌｅｓ／ｍ２）＊１００％の露光量の減少が必要である。
【００２１】
各区域の偏差を補償するために必要な照射線量（露光量）の変化が評価されたら、操作２１０において、露光量変化を得るために、領域１１２の区域に対応してフィルタ１０８に光吸収材料が埋め込まれる。フィルタ１０８は、ガラスや石英等の透明材料から成る基板である。フィルタ１０８に埋め込まれても良い光吸収材料の幾つかの例は、ホウ素、酸素、ナトリウム、あるいは、化学線を吸収するために埋め込み可能な適当な任意の他の材料である。次に、操作２１２では、マスクのフォトレジストパターンを形成するために、補償されたフィルタ１０８を使用して、光学装置１００がウエハ上の露光領域に使用される。その後、方法は、操作２１４で終了する。
【００２２】
図２Ｂは、露光領域１１２上にパターン１１６を形成するために使用されるポジレジストもしくはネガレジストにおける各区域のＣＤ偏差を補正するために必要な光吸収量を評価するための操作２０８のより詳細なフローチャートを示している。操作２５２では、レジストがポジレジストであるか或はネガレジストであるかが決定される。レジストがポジレジストである場合には、最大ＣＤ値よりも小さい臨界寸法を有する区域で光量を減少させて、ＣＤ寸法を最大ＣＤ値まで増加させる必要がある。この場合、ポジレジストにおける偏差マップは、平均臨界寸法マップからの局所的なＣＤ偏差値と最大ＣＤ値との間の差を評価することによって形成される。次に、操作２５６で、最大ＣＤ値からの偏差を補償するためにフィルタ１０８で必要な光の減少が、フィルタ１０８の各区域毎に決定される。
【００２３】
一方、レジストがネガレジストである場合には、最小ＣＤ値よりも大きい特徴を有する区域で化学線量が減少されて、ＣＤ寸法が最小ＣＤ値まで減少される。この場合、操作２５８に見られるように、ネガレジストにおける偏差マップは、平均臨界寸法マップからの最小ＣＤ値と局所的なＣＤ偏差値との間の差を評価することによって形成される。次に、操作２６０で、最小ＣＤ値からの偏差を補償するためにフィルタ１０８で必要な光の減少が、フィルタ１０８の各区域毎に決定される。
【００２４】
図３Ａおよび図３Ｂは、図２Ａの操作２０２にしたがって形成された水平臨界寸法マップ３００および垂直臨界寸法マップ３５０である。具体的には、図３Ａは、本発明の一実施形態に係る露光領域の典型的な水平偏差マップ３００を示している。図示のように、マップ３００の各ブロックは、対応する区域で平均水平線幅を示す区域を表わしている。例えば、区域３０２，３０４，３０６，３０８，３１０，３１２，３１４，３１６，３１８はそれぞれ、０．１８４μｍ、０．１８８μｍ、０．１９６μｍ、０．２００μｍ、０．２００μｍ、０．１９９μｍ、０．１９５μｍ、０．１８８μｍ、０．１８７μｍの水平線幅を示している。
【００２５】
図３Ｂは、本発明の一実施形態に係る同じ露光領域の典型的な垂直偏差マップ３５０を示している。垂直偏差マップ３５０の各ブロックは、対応する区域で垂直線幅を示す区域を表わしている。例えば、区域３０２，３０４，３０６，３０８，３１０，３１２，３１４，３１６，３１８はそれぞれ、０．１８０μｍ、０．１８５μｍ、０．１９２μｍ、０．１９６μｍ、０．２０１μｍ、０．１９９μｍ、０．１９５μｍ、０．１９１μｍ、０．１８２μｍの垂直線幅を示している。水平偏差マップ３００および垂直偏差マップ３５０においては、領域が１１×９行列に分割されているが、領域にわたって線幅の偏差を補償するために、任意の数の区域に分割されても良い。なお、マップ３００，３５０の隅の区域における水平線幅および垂直線幅は、一般にこれらの区域がレンズの印刷可能領域の外側にあるため、評価されない。
【００２６】
図４は、本発明の一実施形態に係る図２Ａの操作２０４で形成される水平および垂直臨海寸法マップ３００，３５０の平均偏差マップ４００である。平均偏差マップ４００の各区域３０２〜３１８は、対応する区域の水平および垂直偏差マップ３００，３５０の水平および垂直偏差を平均化することによって得られる平均臨界寸法値を示している。例えば、区域３０２，３０４，３０６，３０８，３１０，３１２，３１４，３１６，３１８の平均臨界寸法はそれぞれ、０．１８２μｍ、０．１８６μｍ、０．１９４μｍ、０．１９８μｍ、０．２０１μｍ、０．１９９μｍ、０．１９５μｍ、０．１９０μｍ、０．１８４μｍである。これらの各値は、水平および垂直臨界寸法マップ３００，３５０の対応する区域からの臨界寸法を平均化することによって得られる。同様に、他の区域における平均臨界寸法値は、水平および垂直偏差マップ３００，３５０からの水平および垂直偏差値を平均化することによって得られる。
【００２７】
本発明によれば、ポジレジストまたはネガレジストのいずれかを使用して露光領域にパターンを印刷することができる。いずれのタイプのレジストにおいても、平均臨界寸法マップ４００から偏差マップおよび減衰（減少）マップが形成される。図５Ａは、本発明の一実施形態に係る図２Ｂの操作２５４においてポジレジストに関し平均臨界寸法マップ４００から形成された偏差マップ５００を示している。各区域における臨界寸法偏差値を決定するために、平均ＣＤマップ４００から最も高い平均臨界寸法が最大ＣＤ値として選択される。その後、平均ＣＤマップ４００の局所的な平均ＣＤ値と最大ＣＤ値との間の差を計算することによって、各区域における臨界寸法偏差値が評価される。
【００２８】
例えば、平均ＣＤマップ４００においては、区域３１０における最も高いＣＤ値０．２０１μｍが最大臨界寸法として選択される。その後、平均臨界寸法マップ４００の各区域における平均臨界寸法と最大臨界寸法との間の差が計算されて、臨界寸法偏差が決定され、偏差マップ５００が形成される。一例として、区域３０２，３０４，３０６，３０８，３１０，３１２，３１４，３１６，３１８はそれぞれ、０．０１９μｍ、０．０１５μｍ、０．００８μｍ、０．００３μｍ、０．００１μｍ、０．００２μｍ、０．００６μｍ、０．０１２μｍ、０．０１７μｍという最大臨界寸法０．２０１μｍからの臨界寸法偏差を示している。マップ５００の他の区域における臨界寸法偏差値は、同様の方法で得られる。
【００２９】
臨界寸法偏差マップ５００が得られたら、各区域における光減少（光減衰）を示すフィルタ１０８の減衰（減少）マップが形成される。図５Ｂは、本発明の一実施形態に係るポジレジストを使用した図２Ｂの操作２５６で形成される減衰マップ５５０を示している。例えば、区域３０２の臨界寸法偏差Ｃ＝０．０１９μｍを目標最大臨界寸法０．２０１μｍに達するように補償するためには、０．０１９μｍだけ線幅を増大させる光減衰を行なう必要がある。先に説明した方程式Ａ＝（α＊Ｃ）／Ｅを使用するとともに、Ｅ＝１７０Ｊｏｕｌｅｓ／ｍ２およびα＝７００（Ｊｏｕｌｅｓ／ｍ２）／μｍが与えられると、区域３０２の臨界寸法を０．０１９μｍだけ増大するために必要な全体の光照射線量（露光量）は、（α＊Ｃ）すなわち（０．０１９μｍ）（７００Ｊｏｕｌｅｓ／ｍ２）／μｍ）によって与えられ、１３．３Ｊｏｕｌｅｓ／ｍ２となる。その後、０．０１９μｍだけ臨界寸法を増大させるために必要な正規化露光量（すなわち、光減衰すなわちフィルタリングの割合）は、ポジレジストを使用して、１００％＊（α＊Ｃ）／Ｅ、すなわち、（０．０１９μｍ）（７００Ｊｏｕｌｅｓ／ｍ２）／μｍ）／（１７０Ｊｏｕｌｅｓ／ｍ２）＊１００％、つまり７．８％の露光量の減少によって得られる。
【００３０】
減衰マップ５５０の他の区域における光減衰量も同様の方法で得られる。例えば、区域３０４，３０６，３０８，３１０，３１２，３１４，３１６，３１８の露光量は、６．２％、３．２％、１．４％、０．３％、１．０％、２．６％、４．８％、６．９％だけそれぞれ減少（減衰）される。なお、減衰マップ５５０を、マップ５５０の各区域において１００％から光減衰量を差し引くことによって透過される光量を示す透過マップに変えても良い。
【００３１】
図６Ａは、本発明の一実施形態に係る図２Ｂの操作２５８においてネガレジストに関し平均臨界寸法マップ４００から形成された偏差マップ６００を示している。各区域における臨界寸法偏差値を決定するために、平均ＣＤマップ４００から最も低い平均臨界寸法が最小ＣＤ値として選択される。その後、平均ＣＤマップ４００の局所的な平均ＣＤ値と最大ＣＤ値との間の差を計算することによって、各区域における臨界寸法偏差値が評価される。
【００３２】
例えば、平均ＣＤマップ４００に示されるように、区域３０２における最も低いＣＤ値０．１８２μｍが最小臨界寸法として選択されても良い。その後、平均臨界寸法マップ４００の各区域における平均臨界寸法と最小臨界寸法との間の差が計算されて、臨界寸法偏差が決定され、偏差マップ６００が形成される。一例として、区域３０２，３０４，３０６，３０８，３１０，３１２，３１４，３１６，３１８はそれぞれ、０μｍ、０．００４μｍ、０．０１１μｍ、０．０１６μｍ、０．０１８μｍ、０．０１７μｍ、０．０１３μｍ、０．００８μｍ、０．００２μｍという最小臨界寸法０．１８２μｍからの臨界寸法偏差を示している。マップ６００の他の区域における臨界寸法偏差値は、同様の方法で得られる。
【００３３】
臨界寸法偏差マップ６００が得られたら、各区域における光減少（光減衰）を示すフィルタ１０８の減衰（減少）マップが形成される。図６Ｂは、本発明の一実施形態にしたがって先に説明した方程式Ａ＝（α＊Ｃ）／Ｅを使用するとともに、Ｅ＝１７０Ｊｏｕｌｅｓ／ｍ２およびα＝７００（Ｊｏｕｌｅｓ／ｍ２）／μｍが与えられた図２Ｂの操作２６０で形成されるフィルタ１０８の減衰マップ６５０を示している。一例として、区域３１０の臨界寸法偏差Ｃ＝０．０１８μｍを目標最小臨界寸法０．１８２μｍに達するように補償するためには、０．０１９μｍだけ線幅を減少させる光減衰を行なう必要がある。区域３１０の臨界寸法を０．０１８μｍだけ減少させるために必要な全体の光照射線量（露光量）は、（α＊Ｃ）すなわち（０．０１８μｍ）（７００Ｊｏｕｌｅｓ／ｍ２）／μｍ）によって与えられ、１２．６Ｊｏｕｌｅｓ／ｍ２となる。その後、０．０１８μｍだけ臨界寸法を減少させるために必要な正規化露光量（すなわち、光減衰すなわちフィルタリングの割合）は、ネガレジストを使用して、１００％＊（α＊Ｃ）／Ｅ、すなわち、（０．０１８μｍ）（７００Ｊｏｕｌｅｓ／ｍ２）／μｍ）／（１７０Ｊｏｕｌｅｓ／ｍ２）＊１００％、つまり７．４％の露光量の減少によって得られる。
【００３４】
減衰マップ６５０の他の区域における光減衰量も同様の方法で得られる。例えば、区域３０２、３０４，３０６，３０８，３１２，３１４，３１６，３１８の露光量は、０％、１．７％、４．７％、６．５％、６．９％、５．３％、３．１％、０．９％だけそれぞれ減少（減衰）される。なお、フィルタ１０８の減衰マップ６５０を、マップ６５０の各区域において１００％から光減衰量を差し引くことによって透過される光量を示す透過マップに変えても良い。
【００３５】
このように、臨界寸法偏差マップ５００，６００は、各区域毎に補正される臨界寸法の量をを示している。ポジレジストを使用すると、最大ＣＤ値を有する区域は補償されないが、最大ＣＤ値よりも少ない他の区域は、フィルタ１０８の対応する領域に光吸収材料を埋め込むことによって補償される。一方、ネガレジストを使用すると、最小ＣＤ値を有する区域は補償されないが、他の区域は、フィルタ１０８に光吸収材料を埋め込むことによって補償される。
【００３６】
一実施形態においては、最大もしくは最小臨界寸法値を使用する代わりに、目標偏差値が設定されても良い。この場合、ポジレジストを使用した場合、臨界寸法を目標値まで増大させるために、目標値よりも小さい偏差値を有するフィルタ１０８の領域に光吸収材料が埋め込まれる。同様に、ネガレジストを使用した場合、臨界寸法を目標値まで減少させるために、目標値よりも大きい臨界寸法値を有するフィルタ１０８の領域に光吸収材料が埋め込まれる。
【００３７】
光減衰マップ５５０，６５０は、ドーパントでフィルタ１０８を選択的に埋め込むために使用される。ドーパントは、フィルタ内に埋め込まれて化学線を吸収し、レジストがポジレジストであるかネガレジストであるかに応じて区域の臨界寸法線幅を増大もしくは減少させる。図７は、本発明の一実施形態にしたがってポジレジストを使用した時の領域にわたる線幅変化を補償するフィルタ１０８の区域３０８，３１０，３１２の断面図を示している。フィルタ１０８は、化学線を透過する例えばガラス、石英、透明プラスチック、石英ガラス、フッ化カルシウム等の基板７０２から成る。区域の線幅を最大偏差値もしくは目標偏差値まで増大させるために、化学線を吸収するドーパントが区域３０８，３１２で基板７０２に埋め込まれる。例えば、ホウ素、酸素、ナトリウムなどの光吸収材料は、様々な波長（例えば、１５０ｎｍ，１５２ｎｍ，１９３ｎｍ，２４８ｎｍ，３６５ｎｍ）の化学線を吸収するために基板７０２に埋め込まれても良い。例えば、ホウ素が埋め込まれた石英基板は、埋め込まれていない石英と比べて、２４８ｎｍの化学線（例えばＤＵＶ）を吸収する。区域３０８は０．００３μｍを補償する必要があり、また、区域３１２は０．００２μｍの補正が必要であり、区域３０８には区域３１２よりも多くのドーパントが埋め込まれる。一方、最大臨界寸法値を有する基板７０２の区域３１０には光吸収材料が全く埋め込まれない。線幅を最大偏差線幅もしくは目標偏差線幅に一致させるように増大させるために、同様の方法でフィルタ１０８の他の区域に光吸収材料を埋め込んでも良い。フィルタ１０８内へのドーパントの埋め込みは、ネガレジストにも同様に適用する。
【００３８】
フィルタ１０８への光吸収材料の埋め込みは、ウエハ上の領域へと透過される光量を減少するように成される。そして、この露光の減少により、露光領域の区域では、区域に埋め込まれる添加物の量に応じて、ポジレジストにおいては線幅を増大させることができ、また、ネガレジストにおいては線幅を減少させることができる。例えばイオン衝撃やＣＶＤ法等によって、光吸収材料の埋め込みを行なっても良い。このように、光吸収材料が埋め込まれた露光領域の区域においては、フィルタ１０８が線幅の変化を補償するとともに、略均一な線幅を有する露光領域の区域をフィルタ１０８によって形成することができる。
【００３９】
フィルタに光吸収材料を埋め込むと、幾つかの利点が得られる。例えば、本発明の装置および方法は、略均一な臨界寸法がデバイス性能を向上させるとともに故障を減らすため、集積回路チップの製造において高い歩留まりを与える。また、フィルタの層の厚さを変化させるのではなく、光吸収材料を埋め込むことにより、入射光の位相が変化しない。したがって、フィルタは、リソグラフィに悪影響を与えない。更に、埋め込まれる様々な量の種を与えるために、異なる露光量でインプラントビーム下でフィルタを走査することにより、フィルタリソグラフィなしでフィルタを構成することができる。
【００４０】
複数の好ましい実施形態に関して本発明を説明してきたが、本発明の範囲に入る変形、並び替え、等価物がある。また、本発明の方法、装置、システムを共に実施する他の方法もある。したがって、以下の添付のクレームは、本発明の思想および範囲内のそのような変形、並び替え、等価物を全て含むように解釈されることを意図している。
【図面の簡単な説明】
【図１】
半導体ウエハ上にフォトレジストパターンを形成するための本発明の一実施形態に係る典型的な光学装置を示している。
【図２Ａ】
本発明の一実施形態に係る光学装置を使用してウエハの露光領域上にフォトレジスト膜を形成する方法のフローチャートを示している。
【図２Ｂ】
露光領域上にパターンを形成するために使用されるポジレジストもしくはネガレジストにおける各区域のＣＤ偏差を補正するために必要な光吸収量を評価するためのフローチャートを示している。
【図３Ａ】
本発明の一実施形態に係る露光領域の水平偏差マップの一例を示している。
【図３Ｂ】
本発明の一実施形態に係る露光領域の典型的な垂直偏差マップを示している。
【図４】
本発明の一実施形態に係る水平および垂直臨界寸法マップの平均偏差マップを示している。
【図５Ａ】
本発明の一実施形態に係るポジレジストにおける平均臨界寸法マップから形成された偏差マップを示している。
【図５Ｂ】
本発明の一実施形態に係るポジレジストを使用した時のフィルタの減衰マップを示している。
【図６Ａ】
本発明の一実施形態に係るネガレジストにおける図４の平均臨界寸法マップから形成された偏差マップを示している。
【図６Ｂ】
本発明の一実施形態に係るフィルタの減衰マップを示している。
【図７】
ポジレジストを使用した時の領域にわたる線幅変化を補償する本発明の一実施形態に係るフィルタの区域の一例の断面図を示している。
【図２Ａ】
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【図２Ｂ】
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【国際公開パンフレット】
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【国際調査報告】
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