(57)【要約】      （修正有）【課題】複数の位相差及び複数の透過率を有するフォトマスクを用いる場合であっても、照明形状及びフォトマスク形状をそれぞれ最適化できるようにする。【解決手段】フォトマスク２００は、露光光を透過させる透光部２０４と、透光部２０４よりも露光光の透過率が低い半遮光部２０２と、露光光を透光部２０４と異なる位相で透過させる位相シフト部２０３とを少なくとも有する。投影光学系の瞳面を分割してなる複数の分割点のそれぞれにおいて、フォトマスク２００を透過した露光光の光強度分布を求め、当該光強度分布に基づいて、フォトマスク２００を用いた露光における露光光の照明形状を設定する。【選択図】図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
露光光を透過させる透光部と、前記透光部よりも前記露光光の透過率が低い半遮光部と、前記露光光を前記透光部と異なる位相で透過させる位相シフト部とを少なくとも有するフォトマスクを用いた露光において前記露光光の照明形状を最適化する方法であって、
投影光学系の瞳面を分割してなる複数の分割点のそれぞれにおいて、前記フォトマスクを透過した前記露光光の光強度分布を求め、当該光強度分布に基づいて、前記照明形状を設定することを特徴とする照明形状の最適化方法。
【請求項２】
請求項１に記載の照明形状の最適化方法において、
前記複数の分割点のうち前記光強度分布における光強度の差分が相対的に大きい分割点を選択することによって、前記照明形状を設定することを特徴とする照明形状の最適化方法。
【請求項３】
請求項１又は２に記載の照明形状の最適化方法において、
前記瞳面は、投影レンズの瞳面であることを特徴とする照明形状の最適化方法。
【請求項４】
請求項１〜３のいずれか１項に記載の照明形状の最適化方法において、
前記フォトマスクは、前記露光光を実質的に透過させない遮光部をさらに有することを特徴とする照明形状の最適化方法。
【請求項５】
露光光を透過させる透光部と、前記透光部よりも前記露光光の透過率が低い半遮光部と、前記露光光を前記透光部と異なる位相で透過させる位相シフト部とを少なくとも有するフォトマスクのマスク形状を最適化する方法であって、
投影光学系の瞳面を分割してなる複数の分割点のそれぞれにおいて、前記フォトマスクを透過した前記露光光の光強度分布を求め、当該光強度分布のコントラストが向上するように、前記透光部、前記半遮光部及び前記位相シフト部のそれぞれの形状を設定することを特徴とするマスク形状の最適化方法。
【請求項６】
請求項５に記載のマスク形状の最適化方法において、
前記複数の分割点のうち前記光強度分布における光強度の差分が相対的に大きい分割点を選択し、当該選択された分割点での前記光強度分布のコントラストが向上するように、前記透光部、前記半遮光部及び前記位相シフト部のそれぞれの形状を設定することを特徴とするマスク形状の最適化方法。
【請求項７】
請求項５又は６に記載のマスク形状の最適化方法において、
前記位相シフト部の形状を最適化した後、前記半遮光部の形状を最適化し、その後、前記透光部の形状を最適化することを特徴とするマスク形状の最適化方法。
【請求項８】
請求項５〜７のいずれか１項に記載のマスク形状の最適化方法において、
前記瞳面は、投影レンズの瞳面であることを特徴とするマスク形状の最適化方法。
【請求項９】
請求項５〜８のいずれか１項に記載のマスク形状の最適化方法において、
前記フォトマスクは、前記露光光を実質的に透過させない遮光部をさらに有することを特徴とするマスク形状の最適化方法。
【請求項１０】
露光光を透過させる透光部と、前記透光部よりも前記露光光の透過率が低い半遮光部と、前記露光光を前記透光部と異なる位相で透過させる位相シフト部とを少なくとも有するフォトマスクを用いたパターン形成方法であって、
投影光学系の瞳面を分割してなる複数の分割点のそれぞれにおいて求められた、前記フォトマスクを透過した前記露光光の光強度分布に基づいて、前記露光光の照明形状が設定されていると共に、前記光強度分布のコントラストが向上するように、前記透光部、前記半遮光部及び前記位相シフト部のそれぞれの形状が設定されていることを特徴とするパターン形成方法。
【請求項１１】
同一レイヤのマスク形状が分割されてなる複数のブロックのそれぞれと対応する複数のフォトマスクを用いたパターン形成方法であって、
前記複数のフォトマスクのうちの少なくとも１つのフォトマスクは、露光光を透過させる透光部と、前記透光部よりも前記露光光の透過率が低い半遮光部と、前記露光光を前記透光部と異なる位相で透過させる位相シフト部とを少なくとも有しており、
前記少なくとも１つのフォトマスクを用いた露光における前記露光光の照明形状は、投影光学系の瞳面を分割してなる複数の分割点のそれぞれにおいて求められた、前記少なくとも１つのフォトマスクを透過した前記露光光の光強度分布に基づいて設定されていることを特徴とするパターン形成方法。
【請求項１２】
請求項１１に記載のパターン形成方法において、
前記透光部、前記半遮光部及び前記位相シフト部のそれぞれの形状は、前記光強度分布のコントラストが向上するように設定されていることを特徴とするパターン形成方法。
【請求項１３】
請求項１１又は１２に記載のパターン形成方法において、
前記複数のブロックは、メモリブロック及び論理回路ブロックを含むことを特徴とするパターン形成方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、照明形状の最適化方法、マスク形状の最適化方法及びパターン形成方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、半導体を用いて実現する大規模集積回路装置（以下、ＬＳＩと称する）の高集積化のために、回路パターンの微細化がますます必要となってきている。その結果、回路を構成するラインパターンの細線化、又は絶縁層を介して多層化された配線同士をつなぐコンタクトホールパターンの微細化が非常に重要となってきているので、リソグラフィーで露光できる限界よりも微細なパターンを形成することが必要となってきている。この課題を解決するために、露光装置の照明形状及びフォトマスクのマスク形状を最適化してプロセスウィンドウを拡大させる技術が提案されている。
【０００３】
しかしながら、従来の照明形状やマスク形状の最適化においては多数の変数を使用する必要があるため、多大な計算時間を要するという問題もあった。
【０００４】
そのような問題点を解決するための最適な照明形状及びマスク形状を得る方法が特許文献１に提案されている。
【０００５】
以下、図２０を参照しながら、特許文献１に開示されている、照明形状及びマスク形状の最適化方法について説明する。
【０００６】
まず、図２０（ａ）に示すように、一つの照明源から複数の照明ポイント１４００及び所定のマスクパターンに対して照明を提供すると共に、所定のマスクパターンに提供された照明によって形成されるイメージのイメージ面で断片化ポイントを選択する。ここで、図２０（ａ）は、アッベ描像を示す。
【０００７】
次に、各断片化ポイントで照明の輝度及びイメージログ傾斜を決定し、同時に、照明源の輝度及び形状並びにマスクの回折次数の大きさ及び位相を変化させて、断片化ポイントでの最小イメージログ傾斜を最大にしながら、断片化ポイントにおける輝度を所定の範囲内にするイメージをイメージ面に形成する。
【０００８】
図２０（ｂ）及び（ｃ）は、図２０（ｄ）に示すマスク上のＤＲＡＭパターンを照明することにより生じたイメージの一部を示している。図２０（ｂ）及び（ｃ）において、明るい領域は、正規化したイメージログ傾斜を増大させるイメージ輝度を表しており、これら正規化したイメージログ傾斜が各パターンについて最大となるように、照明の輝度及び形状並びにマスクの回折次数の大きさ及び位相を変化させることにより、照明形状及びマスク形状を最適化することができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００９】
【特許文献１】特開２００４−３１２０２７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
しかしながら、特許文献１に開示されている方法において最適化対象となる最も理想的なフォトマスクは、ＣＰＬ（Chromeless Phase Lithography）マスクである。言い換えると、特許文献１に開示されている方法は、複数の位相差及び複数の透過率を有するフォトマスク（例えばエンハンサマスク（透光部、半遮光部及び位相シフト部を有するフォトマスク））には対応していないので、このようなフォトマスクを対象とした照明形状及びマスク形状の最適化を行うことができない。
【００１１】
前記に鑑み、本発明は、複数の位相差及び複数の透過率を有するフォトマスクを用いる場合であっても、照明形状及びフォトマスク形状をそれぞれ最適化できるようにすることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
前記の目的を達成するために、本発明に係る照明形状の最適化方法は、露光光を透過させる透光部と、前記透光部よりも前記露光光の透過率が低い半遮光部と、前記露光光を前記透光部と異なる位相で透過させる位相シフト部とを少なくとも有するフォトマスクを用いた露光において前記露光光の照明形状を最適化する方法であって、投影光学系の瞳面を分割してなる複数の分割点のそれぞれにおいて、前記フォトマスクを透過した前記露光光の光強度分布を求め、当該光強度分布に基づいて、前記照明形状を設定する。
【００１３】
また、前記の目的を達成するために、本発明に係るマスク形状の最適化方法は、露光光を透過させる透光部と、前記透光部よりも前記露光光の透過率が低い半遮光部と、前記露光光を前記透光部と異なる位相で透過させる位相シフト部とを少なくとも有するフォトマスクのマスク形状を最適化する方法であって、投影光学系の瞳面を分割してなる複数の分割点のそれぞれにおいて、前記フォトマスクを透過した前記露光光の光強度分布を求め、当該光強度分布のコントラストが向上するように、前記透光部、前記半遮光部及び前記位相シフト部のそれぞれの形状を設定する。
【発明の効果】
【００１４】
本発明によると、複数の位相差及び複数の透過率を有するフォトマスクを用いる場合であっても、照明形状及びマスク形状をそれぞれ最適化することができる。
【００１５】
また、本発明によると、複数の位相差及び複数の透過率を有するフォトマスクを用いる場合であっても、照明形状及びマスク形状をそれぞれ最適化できるため、投影光学系を用いた露光により形成されたパターンの解像度を向上させることができると共に、投影光学系を用いた露光により所望のパターンを得るためのプロセスウィンドウを拡大し、それにより、歩留まりを向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】図１は、一実施形態に係る照明形状の最適化方法、マスク形状の最適化方法及びパターン形成方法の適用対象となる露光装置の一例の概略構成を示す図である。
【図２】図２は、一実施形態に係る照明形状の最適化方法及びマスク形状の最適化方法において分割される投影レンズの瞳面を示す図である。
【図３】図３（ａ）及び（ｂ）は、一実施形態に係る照明形状の最適化方法、マスク形状の最適化方法及びパターン形成方法で用いられるエンハンサマスクの構造を示す図であり、図３（ａ）は平面図であり、図３（ｂ）は図３（ａ）におけるＩ−Ｉ’線の断面図である。
【図４】図４（ａ）〜（ｆ）は、一実施形態に係る照明形状の最適化方法及びマスク形状の最適化方法において、投影レンズの瞳面の各ソースポジションにおけるエンハンサマスクを透過した露光光の光強度分布を求めた結果を示す図である。
【図５】図５（ａ）及び（ｂ）は、一実施形態に係る照明形状の最適化方法によって最適化された照明形状を示す図である。
【図６】図６（ａ）及び（ｂ）は、一実施形態に係るマスク形状の最適化方法において、マスク形状を変化させることにより、各ソースポジションにおける光強度分布の光コントラストを改善させている様子を示す図である。
【図７】図７は、一実施形態に係るマスク形状の最適化方法によってマスク形状が最適化されたエンハンサマスクの平面図である。
【図８】図８（ａ）は、一実施形態に係るマスク形状の最適化方法の適用対象となるフォトマスクによって形成しようとするターゲットパターンを示す図であり、図８（ｂ）は、一実施形態に係るマスク形状の最適化方法によってマスク形状が最適化されると共にアシストパターンが付加されたマスクパターンを示す図である。
【図９】図９（ａ）及び（ｂ）は、一実施形態に係る照明形状の最適化方法、マスク形状の最適化方法及びパターン形成方法で用いられる、遮光部を含むエンハンサマスクの構造を示す図であり、図９（ａ）は平面図であり、図９（ｂ）は図９（ａ）におけるＩ−Ｉ’線の断面図である。
【図１０】図１０（ａ）〜（ｄ）は、一実施形態に係るパターン形成方法の各工程を示す断面図である。
【図１１】図１１（ａ）は、一実施形態に係るパターン形成方法に用いられるエンハンサマスクの平面図であり、図１１（ｂ）は、一実施形態に係るパターン形成方法によって形成されたレジストパターンの平面図である。
【図１２】図１２（ａ）は、一実施形態に係るパターン形成方法によって形成しようとする、ロジック部からなるブロックとＳＲＡＭ部（static random access memory ）からなるブロックとを有する１つのレイヤを示す平面図であり、図１２（ｂ）は、ロジック部のターゲットパターンの平面図であり、図１２（ｃ）は、ＳＲＡＭ部のターゲットパターンの平面図であり、図１２（ｄ）は、ロジック部の最適化されたマスク形状の平面図であり、図１２（ｅ）は、ＳＲＡＭ部の最適化されたマスク形状の平面図である。
【図１３】図１３（ａ）は、一実施形態に係るパターン形成方法において同一レイヤのマスク形状が分割されてなる一のブロックと対応するフォトマスクの平面図であり、図１３（ｂ）は、一実施形態に係るパターン形成方法において同一レイヤのマスク形状が分割されてなる他のブロックと対応するフォトマスクの平面図である。
【図１４】図１４（ａ）は、一実施形態に係るパターン形成方法において同一レイヤのマスク形状が分割されてなる一のブロックと対応するフォトマスクを用いて露光を行っている様子を示す図であり、図１４（ｂ）は、一実施形態に係るパターン形成方法において同一レイヤのマスク形状が分割されてなる他のブロックと対応するフォトマスクを用いて露光を行っている様子を示す図である。
【図１５】図１５は、一実施形態に係るパターン形成方法のフローチャートである。
【図１６】図１６は、一実施形態に係る照明形状の最適化方法及びマスク形状の最適化方法を組み合わせて実施する手順の一例を示すフローチャートである。
【図１７】図１７は、一実施形態に係る照明形状の最適化方法及びマスク形状の最適化方法を組み合わせて実施する手順の他例を示すフローチャートである。
【図１８】図１８は、一実施形態に係る照明形状の最適化方法及びマスク形状の最適化方法を組み合わせて実施する手順の他例を示すフローチャートである。
【図１９】図１９は、本発明の適用対象となるＥＵＶ露光装置の一例の概略構成を示す図である。
【図２０】図２０（ａ）〜（ｄ）は、従来の照明形状及びマスク形状の最適化方法を説明する図である。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
（実施形態）
以下、一実施形態に係る照明形状の最適化方法、マスク形状の最適化方法及びパターン形成方法について、図面を参照しながら説明する。尚、本実施形態に係る照明形状の最適化方法及びマスク形状の最適化方法は、例えば、コンピュータ上においてソフトウェアによる情報処理として実施される。
【００１８】
図１は、本実施形態の適用対象となる露光装置の一例の概略構成を示している。図１に示す露光装置において、光源１０を出た露光光１７は、露光光１７の形状を調節する絞り１１、照明レンズ１２、フォトマスク１３、投影レンズ１４を順次通って、ステージ１６上に載置されたウェハ１５に照射される。尚、図１に示す露光装置においては、絞り１１及び照明レンズ１２によって照明光学系１８が構成され、投影レンズ１４によって投影光学系１９が構成されているが、照明光学系１８及び投影光学系１９の構成（例えばレンズ枚数等）はこれに限られないことは言うまでもない。
【００１９】
最初に、本実施形態に係る照明形状の最適化方法について説明する。
【００２０】
本実施形態に係る照明形状の最適化方法においては、まず、図２に示すように、投影レンズの瞳面１００を仮想的なＸ−Ｙ座標系において細かく分割する。ここで、「１０１」は、瞳面１００が細分割されてなるソースポジションであり、「１０２」〜「１０４」はそれぞれ、特定のソースポジションである。
【００２１】
次に、図２に示す各ソースポジション１０１において、例えば図３（ａ）に示すフォトマスク２００を透過した露光光の光強度分布を求める。本実施形態で用いるフォトマスク２００は、複数の透過率と複数の位相差とを有するフォトマスク、具体的には、エンハンサマスクである。
【００２２】
図３（ａ）及び（ｂ）は、本実施形態で用いるエンハンサマスクの構造を示す図であり、図３（ａ）は平面図であり、図３（ｂ）は図３（ａ）におけるＩ−Ｉ’線の断面図である。
【００２３】
図３（ａ）及び（ｂ）に示すように、エンハンサマスク２００は、露光光を透過させる透明基板２０１上に、露光光に対して遮光性を有する半遮光部２０２と、半遮光部２０２により囲まれた位相シフト部２０３とを備えている。尚、透明基板２０１における半遮光部２０２及び位相シフト部２０３が形成されていない部分は透光部２０４であり、露光光に対する半遮光部２０２の透過率は透光部２０４よりも小さい。また、半遮光部２０２及び透光部２０４は、露光光を互いに同位相で透過させる。また、位相シフト部２０３は、半遮光部２０２及び透光部２０４を基準として露光光を反対位相で透過させる。位相シフト部２０３は、例えば図３（ｂ）に示すように、露光光に１８０度の位相差が生じるように透明基板２０１を掘り下げることによって形成されていてもよいし、或いは、透明基板２０１の掘り下げに代えて、位相シフト膜を形成してもよい。
【００２４】
図４（ａ）〜（ｆ）は、コンピュータを用いたシミュレーションによって、図２の各ソースポジションにおけるエンハンサマスク２００を透過した露光光の光強度分布を求めた結果を示している。具体的には、図４（ａ）は、図３（ａ）に示すエンハンサマスク２００における点Ａを含むII−II線を透過した露光光の光強度分布を図２のソースポジション１０２（座標（０，０））で求めた結果であり、図４（ｂ）は、図３（ａ）に示すエンハンサマスク２００における点Ａを含むII−II’線を透過した露光光の光強度分布を図２のソースポジション１０３（座標（０，７））で求めた結果であり、図４（ｃ）は、図３（ａ）に示すエンハンサマスク２００における点Ａを含むII−II線を透過した露光光の光強度分布を図２のソースポジション１０４（座標（７，０））で求めた結果である。また、図４（ｄ）は、図３（ａ）に示すエンハンサマスク２００における点Ｂを含むIII−III’線を透過した露光光の光強度分布を図２のソースポジション１０２（座標（０，０））で求めた結果であり、図４（ｅ）は、図３（ａ）に示すエンハンサマスク２００における点Ｂを含むIII−III’線を透過した露光光の光強度分布を図２のソースポジション１０３（座標（０，７））で求めた結果であり、図４（ｆ）は、図３（ａ）に示すエンハンサマスク２００における点Ｂを含むIII−III’線を透過した露光光の光強度分布を図２のソースポジション１０４（座標（７，０））で求めた結果である。尚、図４（ａ）〜（ｆ）において、光強度分布のピーク３００が高い程、或いは、光強度分布におけるピーク３０１と最低光強度３０２との差分が大きい程、光コントラストが高い。
【００２５】
図４（ａ）〜（ｃ）に示すように、エンハンサマスク２００の点Ａを透過した露光光については、ソースポジション１０２〜１０４のいずれにおいても高いコントラストが得られている。それに対して、図４（ｄ）〜（ｆ）に示すように、エンハンサマスク２００の点Ｂを透過した露光光については、ソースポジション１０３においてのみ高いコントラストが得られている。従って、エンハンサマスク２００の点Ａ及び点Ｂのいずれについても高いコントラストを得るために、ソースポジション１０２〜１０４の中からソースポジション１０３を選択する。同様に、投影レンズの瞳面１００が細分割されてなる各ソースポジションの中から、高い光コントラストが得られるソースポジションを選択していくと、複数の透過率と複数の位相差とを有するフォトマスクに対して、例えば図５（ａ）に示すような最適化された照明形状を得ることができる。尚、図５（ａ）において、「４００」は、照明形状が最適化された瞳面であり、「４０１」は、選択されたソースポジションであり、「４０２」は、選択されなかったソースポジションである。また、図５（ａ）は、Ｘ−Ｙ座標系の第１象限について最適化された照明形状を示しているので、対称性を考慮すると、実際の露光に用いられる最適化された照明形状は、図５（ｂ）のようになる。このような最適化された照明形状は、例えば図１に示す露光装置においては、絞り１１の調節等により実現することができる。
【００２６】
続いて、本実施形態に係るマスク形状の最適化方法について説明する。
【００２７】
本実施形態に係るマスク形状の最適化方法においては、例えば図６（ａ）及び（ｂ）に示すように、前述のように選択された各ソースポジションで求められた光強度分布の光コントラストがさらに改善するように（つまり、光コントラストがさらに高くなるように）、フォトマスクのマスク形状を変化させる。ここで、図６（ａ）は、図２のソースポジション１０３（座標（０，７））で得られる、エンハンサマスク２００における点Ａを含むII−II’線を透過した露光光の光強度分布の光コントラストを改善している様子を示しており、図６（ｂ）は、図２のソースポジション１０３（座標（０，７））で得られる、エンハンサマスク２００における点Ｂを含むIII−III’線を透過した露光光の光強度分布の光コントラストを改善している様子を示している。また、図６（ａ）及び（ｂ）において、「５００」は、マスク形状を変化させる前の光強度分布を示しており、「５０１」は、マスク形状を変化させた後の光強度分布を示している。図６（ａ）及び（ｂ）に示すように、本実施形態に係るマスク形状の最適化方法によってマスク形状を変化させた後、光コントラストは明らかに改善されている。
【００２８】
図７は、本実施形態に係るマスク形状の最適化方法を用いて、選択されたソースポジションの光コントラストが改善されるように、図３（ａ）に示すエンハンサマスク２００のマスク形状を変化させることによって得られたエンハンサマスク６００の平面構成を示している。ここで、「６０１」は透明基板であり、「６０２」は、半遮光部２０２を変形させてなる半遮光部であり、「６０３」は、位相シフト部２０３を変形させてなる位相シフト部であり、「６０４」は、透光部２０４を変形させてなる透光部である。このように、選択されたソースポジションの光コントラストを改善するように、フォトマスクの各部（本実施形態では半遮光部、位相シフト部及び透光部）の形状をそれぞれ変化させることにより、複数の透過率と複数の位相差とを有するフォトマスクの最適化されたマスク形状を得ることができる。
【００２９】
ここで、マスク形状の最適化は、光コントラストに最も影響を与える位相シフト部の形状から行い、続いて、半遮光部の形状及び透光部の形状を順次最適化していくことが最も効率的であるが、位相シフト部以外の部分の形状の最適化を先に行うことも可能である。
【００３０】
また、マスク形状の最適化においては、前述のように、フォトマスクの各部分の形状を変化させるのみならず、例えば図８（ｂ）に示すように、位相シフト部６１１及び半遮光部６１２からなるマスクパターンの周辺に、露光によって転写されないアシストパターン６１３を付加してもよい。尚、図８（ａ）は、図８（ｂ）に示すマスクパターンによって形成しようとする所望のパターン（ターゲットパターン）を示している。
【００３１】
尚、以上に述べた、本実施形態に係る照明形状の最適化方法及びマスク形状の最適化方法においては、ラインエンド間スペース部（例えばエンハンサマスク２００の点Ａ）及びライン幅中心部（例えばエンハンサマスク２００の点Ｂ）のそれぞれを透過した露光光の光強度分布を求めたが、実際には光強度分布の算出対象をさらに増やして照明形状やマスク形状の最適化を行ってもよい。
【００３２】
また、本実施形態に係る照明形状の最適化方法及びマスク形状の最適化方法においては、複数の透過率と複数の位相差とを有するフォトマスクとして、半遮光部、位相シフト部及び透光部を有するエンハンサマスクを対象とした。しかし、これに代えて、半遮光部、位相シフト部及び透光部に加えて、露光光を透過させない遮光部を透明基板上に備えたフォトマスクを対象としてもよい。図９（ａ）及び（ｂ）は、このようなフォトマスクの構造を示す図であり、図９（ａ）は平面図であり、図９（ｂ）は図９（ａ）におけるIV−IV’線の断面図である。
【００３３】
図９（ａ）及び（ｂ）に示すように、フォトマスク（エンハンサマスク）６２０は、露光光を透過させる透明基板６２１上に、露光光に対して遮光性を有する半遮光部６２２と、半遮光部６２２により囲まれた位相シフト部６２３と、露光光を透過させない遮光部６２５とを備えている。尚、透明基板６２１における半遮光部６２２、位相シフト部６２３及び遮光部６２５が形成されていない部分は透光部６２４であり、露光光に対する半遮光部６２２の透過率は透光部６２４よりも小さい。また、半遮光部６２２及び透光部６２４は、露光光を互いに同位相で透過させる。また、位相シフト部６２３は、半遮光部６２２及び透光部６２４を基準として露光光を反対位相で透過させる。位相シフト部６２３は、例えば図９（ｂ）に示すように、露光光に１８０度の位相差が生じるように透明基板６２１を掘り下げることによって形成されていてもよい。また、例えば図９（ｂ）に示すように、透光部６２４となる膜は、半遮光部６２２となる膜上に形成されていてもよい。
【００３４】
遮光部を有するフォトマスクを対象とする場合、照明形状やマスク形状の最適化に際して、ラインエンド間スペース部（例えばフォトマスク６２０の点Ａ）及びライン幅中心部（例えばフォトマスク６２０の点Ｂ）に加えて、遮光部ライン幅（例えばフォトマスク６２０の点Ｃ）を透過した露光光の光強度分布を求めてもよい。具体的には、照明形状の最適化に際しては、このように求めた光強度分布に基づいて、高い光コントラストが得られるソースポジションを選択していけばよい。また、マスク形状の最適化に際しては、前述のように選択された各ソースポジションで求められた光強度分布の光コントラストがさらに改善するように、マスク形状を変化させていけばよい。この場合も、位相シフト部の形状の最適化から行うことが好ましい。
【００３５】
尚、本実施形態においては、照明形状の最適化を行ってから、マスク形状の最適化を行ったが、これに代えて、マスク形状の最適化を行ってから、照明形状の最適化を行ってもよい。或いは、照明形状の最適化及びマスク形状の最適化のいずれか一方のみを行ってもよい。また、マスク形状の最適化を行った後に、公知のＯＰＣ（光近接補正）を行ってもよい。
【００３６】
続いて、本実施形態に係るパターン形成方法、具体的には、前述のように最適化された照明形状及びマスク形状を用いたパターン形成方法について、図面を参照しながら説明する。
【００３７】
図１０（ａ）〜（ｄ）は、本実施形態に係るパターン形成方法の各工程を示す断面図である。
【００３８】
まず、図１０（ａ）に示すように、基板７００の上に、金属膜又は絶縁膜等の被加工膜７０１を形成した後、図１０（ｂ）に示すように、被加工膜７０１の上に、例えばポジ型のレジスト膜７０２を形成する。さらに、本実施形態では、液浸露光を前提として、レジスト膜７０２の上にトップコート７０３を形成することにより、レジスト膜７０２をコーティングする。
【００３９】
次に、図１０（ｃ）に示すように、本実施形態の方法によりマスク形状が最適化されたエンハンサマスク６００に対して、例えばＡｒＦエキシマレーザーを光源として、本実施形態の方法により照明形状が最適化された露光光７０４を照射する。
【００４０】
図１１（ａ）は、図１０（ｃ）に示すエンハンサマスク６００の平面構成を示している。図１０（ｃ）及び図１１（ａ）に示すように、エンハンサマスク６００は、露光光７０４を透過させる透明基板６０１上に、露光光７０４に対して遮光性を有する半遮光部６０２と、半遮光部６０２により囲まれた位相シフト部６０３とを備えている。尚、透明基板６０１における半遮光部６０２及び位相シフト部６０３が形成されていない部分は透光部６０４であり、露光光７０４に対する半遮光部６０２の透過率は透光部６０４よりも小さい。また、半遮光部６０２及び透光部６０４は、露光光７０４を互いに同位相で透過させる。また、位相シフト部６０３は、半遮光部６０２及び透光部６０４を基準として露光光７０４を反対位相で透過させる。位相シフト部６０３は、露光光７０４に１８０度の位相差が生じるように透明基板６０１を掘り下げることによって形成されていてもよいし、或いは、透明基板６０１の掘り下げに代えて、位相シフト膜を形成してもよい。
【００４１】
図１０（ｃ）に示す露光においては、透光部６０４を透過してきた露光光７０４（透過光７０６）によってレジスト膜７０２が感光し、潜像部分７０２ａが形成される。また、半遮光部６０２を透過してきた露光光７０４（透過光７０５）、及び位相シフト部６０３を透過してきた露光光７０４（透過光７０７（透過光７０５、７０６の反対位相を持つ））はレジスト膜７０２を感光させない。
【００４２】
次に、トップコート７０３及びレジスト膜７０２に対して現像を行って潜像部分７０２ａを除去することにより、図１０（ｄ）に示すように、レジストパターン７０８を形成する。
【００４３】
図１１（ｂ）は、図１０（ｄ）に示す現像を行った後のレジストパターン７０８の平面構成を示している。ここで、図１１（ｂ）における対向パターン間スペース８００の寸法は、（ｋ×λ／ＮＡ）以下である（但し、ｋはマスク解像度や照明条件などのプロセス技術により決まる定数、λは露光光の波長、ＮＡは露光装置の縮小投影光学系の開口数）。例えば、波長λが１９３ｎｍのＡｒＦエキシマレーザーを光源とした場合、転写される実際の寸法（対向パターン間スペース８００の寸法）は５０ｎｍ以下である。
【００４４】
ここまで、露光に用いられるフォトマスクに対して、１種類の最適化された照明形状を適用する場合について説明してきたが、続いて、同一レイヤのマスク形状が分割されてなる複数のブロックのそれぞれと対応する複数のフォトマスクを用いたパターン形成方法に前述の本実施形態に係る照明形状の最適化方法を適用する場合について、図面を参照しながら説明する。尚、１つのレイヤと対応するフォトマスクの露光領域内には、複数のパターンレイアウトが存在しているのが一般的である。本願発明者らは、各パターンレイアウトにそれぞれ適した照明形状が存在することに着目して、各パターンレイアウト（ブロック）毎にフォトマスクを別々に作製し、当該各フォトマスクのそれぞれについて照明形状を最適化することに想到した。これにより、パターンの解像度をさらに向上させることが可能となる。
【００４５】
具体的には、まず、図１２（ａ）に示す１つのレイヤのマスク形状を、例えば、ロジック部からなるブロック９０１と、ＳＲＡＭ部からなるブロック９０２とに分割する。図１３（ａ）及び（ｂ）は、分割された各ブロック９０１、９０２と対応する２枚のフォトマスクの平面構成を示している。図１３（ａ）に示すフォトマスク９１０においては、透明基板９１１上に、ロジック部からなるブロック９０１が配置されている。また、図１３（ｂ）に示すフォトマスク９２０においては、透明基板９２１上に、ＳＲＡＭ部からなるブロック９０２が配置されている。ここで、同一レイヤのマスク形状が分割されてなるフォトマスク９１０及びフォトマスク９２０を用いた露光における照明形状はそれぞれ、前述の本実施形態の方法により最適化される。
【００４６】
尚、図１２（ｂ）は、フォトマスク９１０によって形成しようとするロジック部の所望のパターン（ターゲットパターン）の平面構成を示しており、図１２（ｃ）は、フォトマスク９２０によって形成しようとするＳＲＡＭ部のターゲットパターンの平面構成を示している。
【００４７】
また、図１２（ｄ）は、図１３（ａ）に示すフォトマスク９１０に配置されるブロック（ロジック部）９０１の最適化されたマスク形状の平面構成を示しており、図１２（ｅ）は、図１３（ｂ）に示すフォトマスク９２０に配置されるブロック（ＳＲＡＭ部）９０２の最適化されたマスク形状の平面構成を示している。尚、図１２（ｄ）及び（ｅ）において、「９０３」は半遮光部であり、「９０４」は位相シフト部であり、「９０５」は透光部である。
【００４８】
次に、フォトマスク９１０を用いた露光において本実施形態の方法によって照明形状を最適化することによって、図１４（ａ）に示すように、ウェハ１０００上にブロック（ロジック部）９０１を転写する。続いて、フォトマスク９２０を用いた露光において本実施形態の方法によって照明形状を最適化することによって、図１４（ｂ）に示すように、ウェハ１０００上にブロック（ＳＲＡＭ部）９０２を転写する。これにより、ブロック（ロジック部）９０１とブロック（ＳＲＡＭ部）９０２とからなる１つのレイヤのパターンを形成することができる。
【００４９】
以上に説明したように、同一レイヤのマスク形状が分割されてなる複数のブロックのそれぞれと対応する複数のフォトマスクを用いた露光において、各フォトマスクのそれぞれについて照明形状を最適化すると共に各フォトマスクのマスク形状を最適化することにより、さらに微細なパターン形成が可能となる。
【００５０】
尚、以上の説明においては、照明形状及びマスク形状の両方を本実施形態の方法により最適化したが、これに代えて、照明形状及びマスク形状のいずれか一方のみを本実施形態の方法により最適化してもよい。また、同一レイヤのマスク形状を２つに分割して２枚のフォトマスクを作製したが、これに代えて、同一レイヤのマスク形状を３つ以上に分割して３枚以上のフォトマスクを作製してもよい。また、１つのレイヤのマスク形状を、ロジック部（つまり論理回路）からなるブロックと、ＳＲＡＭ部（つまりメモリ）からなるブロックとに分割したが、分割対象のブロックの種類がレイヤに応じて適宜設定されることは言うまでもない。
【００５１】
図１５は、同一レイヤのマスク形状が分割されてなる複数のブロックのそれぞれと対応する複数のフォトマスクを用いた前述のパターン形成方法のフローチャートである。
【００５２】
図１５に示すように、まず、ステップＳ１１において、同一レイヤのマスク形状が分割されてなる一のブロックと対応するフォトマスクＡ（例えば図１３（ａ）に示すフォトマスク９１０）が露光装置にセットされる。また、ステップＳ１１と並行して、ステップＳ１２において、レジストなどを塗布したウェハが露光装置にセットされる。
【００５３】
次に、ステップＳ１３において、フォトマスクＡとウェハとのアライメント及びレベリング、並びにフォーカシングなどが行われた後、ステップＳ１４において、フォトマスクＡを用いた露光が行われる（図１４（ａ）参照）。
【００５４】
フォトマスクＡを用いた露光が完了したら、ステップＳ１５において、フォトマスクＡが露光装置から取り外され、続いて、同一レイヤのマスク形状が分割されてなる他のブロックと対応するフォトマスクＢ（例えば図１３（ｂ）に示すフォトマスク９２０）が露光装置にセットされる。
【００５５】
次に、ステップＳ１６において、フォトマスクＢとウェハとのアライメント及びレベリング、並びにフォーカシングなどが行われた後、ステップＳ１７において、フォトマスクＢを用いた露光が行われる（図１４（ｂ）参照）。
【００５６】
最後に、ステップＳ１８において、ウェハに塗布されたレジストなどに対して現像が行われ、それによって、パターン形成が完了する。
【００５７】
尚、以上に述べてきた本実施形態に係る照明形状の最適化方法、マスク形状の最適化方法及びパターン形成方法においては、複数の透過率と複数の位相差とを有するフォトマスクとして、半遮光部、位相シフト部及び透光部を有するエンハンサマスクを対象としてきたが、半遮光部、位相シフト部及び透光部に加えて、露光光を透過させない遮光部を有するフォトマスクを対象としてもよい。また、エンハンサマスクとは異なるフォトマスクを対象として、本実施形態に係る照明形状の最適化方法、マスク形状の最適化方法及びパターン形成方法を適用できることも言うまでもない。
【００５８】
以下、本実施形態に係る照明形状の最適化方法及びマスク形状の最適化方法を組み合わせて実施する手順について、図１６のフローチャートを参照しながら説明する。
【００５９】
まず、ステップＳ２１において、ターゲットパターンのデザイン（初期値）を決定する。次に、ステップＳ２２において、投影光学系（例えば投影レンズ）の瞳面を細かく分割してなる各ソースポジションにおいて、対象となるフォトマスクを透過した露光光の光強度分布を取得する。次に、ステップＳ２３において、各ソースポジションの中から、光強度分布の光コントラストが相対的に高いソースポジションを選択することによって、照明形状を最適化する。
【００６０】
次に、ステップＳ２４において、フォトマスクの各構成部分（例えば遮光部、半遮光部、位相シフト部、透光部）のそれぞれの形状を変化させることにより、選択されたソースポジションの光強度分布の光コントラストを調整する。これにより、ステップＳ２５において、選択されたソースポジションの光強度分布の光コントラストが改善されるように、マスク形状の最適化が行われる。
【００６１】
次に、ステップＳ２６において、リソグラフィ性能評価として、焦点深度若しくは露光余裕度等のプロセスウィンドウの拡大、又はマスクエラーファクタ値の最小化等を行い、プロセスウィンドウの拡大やマスクエラーファクタ値の最小化等が、予め設定されているプロセスウィンドウの規格やマスクエラーファクタ値の規格を満たしているかどうかを評価する。そして、規格を満たしている場合（規格達成）には、ステップＳ２７において、照明形状及びマスク形状をステップＳ２３及びＳ２５で最適化された形状に決定する。すなわち、照明形状及びマスク形状の最適化を完了する。一方、規格を満たしていない場合（規格未達）には、再度、照明形状及びマスク形状の最適化を行う。この場合、常に照明形状及びマスク形状の両方の最適化を行う必要は無く、ステップＳ２６の性能評価で規格を達成できるのであれば、照明形状及びマスク形状のいずれか一方のみについて最適化を再度行ってもよい。図１７のフローチャートは、ステップＳ２６の性能評価で規格が達成できなかった場合に、照明形状の最適化のみを行う手順を示している。また、図１８のフローチャートは、ステップＳ２６の性能評価で規格が達成できなかった場合に、マスク形状の最適化のみを行う手順を示している。
【００６２】
尚、図１６〜図１８のフローチャートにおいては、本実施形態に係る照明形状の最適化方法を実施した後に、本実施形態に係るマスク形状の最適化方法を実施する場合を示しているが、これに代えて、本実施形態に係るマスク形状の最適化方法を実施した後に、本実施形態に係る照明形状の最適化方法を実施してもよい。
【００６３】
以上に説明したように、本実施形態に係る照明形状の最適化方法及びマスク形状の最適化方法によると、複数の位相差及び複数の透過率を有するフォトマスクを用いる場合であっても、照明形状及びマスク形状をそれぞれ最適化することができる。このため、投影光学系を用いた露光により形成されたパターンの解像度を向上させることができると共に、投影光学系を用いた露光により所望のパターンを得るためのプロセスウィンドウを拡大し、それにより、歩留まりを向上させることができる。
【００６４】
尚、以上の説明においては、照明レンズや投影レンズ等の光学系を有する露光装置の使用を前提としてきたが、これに代えて、反射ミラー光学系を有する露光装置（ＥＵＶ（極紫外線）露光などに用いられる）においても、本発明は適用可能である。具体的には、本実施形態において、「透過率」を「反射率」に、「透光部」を「反射部」に、「半遮光部」を「半反射部」に、「遮光部」を「非反射部」にそれぞれ置き換えることによって、複数の位相差及び複数の反射率を有するフォトマスクを用いる場合であっても、照明形状及びマスク形状をそれぞれ最適化することができる。
【００６５】
図１９は、反射ミラー光学系を有するＥＵＶ露光装置の一例の概略構成を示している。図１９に示す露光装置において、ＥＵＶ発生装置２０を出たＥＵＶ２６は、反射ミラー２１Ａ、反射ミラー２１Ｂ、反射型フォトマスク２２、反射ミラー２３Ａ、反射ミラー２３Ｂ、反射ミラー２３Ｃ、反射ミラー２３Ｄに順次反射された後、ステージ２５上に載置されたウェハ２４に照射される。尚、図１９に示す露光装置においては、反射ミラー２１Ａ及び２１Ｂによって照明光学系２７が構成され、反射ミラー２３Ａ、２３Ｂ、２３Ｃ及び２３Ｄによって投影光学系２８が構成されているが、照明光学系２７及び投影光学系２８の構成（例えばミラー枚数等）はこれに限られないことは言うまでもない。
【００６６】
図１９に示す露光装置を使用する場合にも、投影光学系２８の瞳面を分割してなる複数の分割点のそれぞれにおいて、反射型フォトマスク２２を透過したＥＵＶ２６の光強度分布を求め、当該光強度分布に基づいて、照明形状を最適化することができる。また、当該光強度分布のコントラストが向上するように、反射型フォトマスク２２の各構成部分（例えば反射部、半反射部、非反射部、位相シフト部）の形状を最適化することができる。
【産業上の利用可能性】
【００６７】
以上に説明したように、本発明は、半導体製造プロセス等で行われる露光における照明形状やマスク形状の最適化方法等に有用である。
【符号の説明】
【００６８】
１０    光源
１１    絞り
１２    照明レンズ
１３    フォトマスク
１４    投影レンズ
１５、２４    ウェハ
１６、２５    ステージ
１７    露光光
１８、２７    照明光学系
１９、２８    投影光学系１９
２０    ＥＵＶ発生装置
２１Ａ、２１Ｂ、２３Ａ、２３Ｂ、２３Ｃ、２３Ｄ    反射ミラー
２２    反射型フォトマスク
１００    瞳面
１０１、１０２、１０３、１０４    ソースポジション
２００、６００、６２０    エンハンサマスク
２０１、６０１、６２１、９１１、９２１    透明基板
２０２、６０２、６１２、６２２、９０３    半遮光部
２０３、６０３、６１１、６２３、９０４    位相シフト部
２０４、６０４、６２４、９０５    透光部
３００、３０１    ピーク
３０２    最低光強度
４００    照明形状が最適化された瞳面
４０１    選択されたソースポジション
４０２    選択されなかったソースポジション
５００    マスク形状を変更させる前の光強度分布
５０１    マスク形状を変更させた後の光強度分布
６１３    アシストパターン
６２５    遮光部
７００    半導体基板
７０１    被加工膜
７０２    レジスト膜
７０２ａ    潜像部
７０３    トップコート
７０４    露光光
７０５    半遮光部を透過した光
７０６    透光部を透過した光
７０７    位相シフト部を透過した光
７０８    レジストパターン
８００    対向パターン間スペース
９０１    ロジック部からなるブロック
９０２    ＳＲＡＭ部からなるブロック
９１０、９２０    フォトマスク
１０００  ウェハ
【図１】
2012099596.tif 000003
【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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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】
2012099596.tif 000021
【図２０】
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