JP2010079303A - フォトマスクの幾何形状を改良する方法 - Google Patents

Abstract

【課題】集積回路マイクロリソグラフィ用の孤立および密集マスキング・フィーチャを結像する場合に、近接効果を低減するために、サブレゾルーション結像補助バーの配置を決めるための改良方法を提案する。
【解決手段】フォトマスクの製造は、孤立フィーチャ（３００）に対して補助バー（３２０、３４０）を加えることによって改善される。バー（３２０、３４０）は、密集詰め込みフィーチャの中心から中心への間隔に相当する、中心から中心への間隔に加えられる。補助バーを密集詰め込みフィーチャに整合させることによって、孤立フィーチャの組み合わされた回折パターンは変形して、密集詰め込みフィーチャの回折パターンによく似たものとなる。
【選択図】図３

Description

（発明の分野）
本発明は、集積回路デバイス加工用のマイクロリソグラフィの分野に関し、特に光リソグラフィのマスキングおよび結像に関する。

（関連出願）
本出願は、２０００年２月１４日出願の米国特許出願第６０／１８２，３６７号、および２０００年２月２５日出願の第６０／１８５，０４６号の利益を請求する。

（背景）
追加のラインからなる、時には強度レベリング・バーと呼ばれる近接効果低減方法が、マスク・パターンに導入されている。これは、Ｊ．Ｆ．Ｃｈｅｎによって、米国特許第５，２４２，７７０号に開示されており、その開示全体を参照により本出願に組み込む。これらレベリング・バーは、図１に示すように、マスク上の孤立フィーチャの縁部強度勾配を、マスク上のより密集したフィーチャに整合させる機能を果たす。この図では、ライン３０〜３４は、すべて同じ寸法と間隔に設計されている。パターニングは、ライン３２が、３通りの別個の近接状況、ライン３０、３１、３３、および３４に接近して詰め込まれたものと、１つは孤立したものと、強度レベリング・バー３６によって囲まれたものとを経験するようになっている。米国特許第５，２４２，７７０号の好ましい実施形態では、レベリング・バー３６の幅は、ラインについての限界寸法の５分の１に等しく、（図２に示す離隔距離１４のように）縁部から縁部までの距離として定義される、ライン３２からのレベリング・バー３６の離隔距離は、ライン３２の限界寸法の１．１倍である。この距離は、クリア・フィールド内のダーク・ラインに対して好ましい。限界寸法と等しい距離が、ダーク・フィールド内のクリア・ラインに好ましい。

（発明の概要）
本発明者は、米国特許第５，２４２，７７０号に記載されたような、最適のレベリング・バー離隔距離およびフィーチャ・サイズを求めるための現行の方法では、最適の条件に到達しないことを発見した。本発明者は、マスキング・フィーチャの周波数分布に基づいた、最適の離隔距離およびレベリング・バー幅を求める方法も発見した。この方法を用いることによって、孤立フィーチャと密集フィーチャの性能の整合が可能になる。

集積回路マイクロリソグラフィ用の孤立および密集マスキング・フィーチャを結像する場合に、近接効果を低減するために、サブレゾルーション結像補助バー（米国特許第５，２４２，７７０号ではレベリング・バーと呼ばれる）の配置を決めるための改良方法を記載する。本発明によれば、追加のマスキング・フィーチャの配置は、フィーチャが、他の同様なフィーチャと接近して詰め込まれている条件（密集幾何形状と呼ぶ）の下で、さらに、最も近い次のフィーチャがフィーチャ・サイズの３倍を超えるオーダーで離隔しているような、フィーチャが孤立またはほとんど孤立している条件下で、目的とする主フィーチャのレンズ瞳内での回折パターンを考慮して決める。一般に、これら２つの回折パターンの差は、０．５×ラムダ／ＮＡ（式中、ラムダは露光波長であり、ＮＡはレンズ開口数である）に近いフィーチャ・サイズに対する１次回折の存在である。孤立フィーチャのどちらの側にも配置された一対のサブレゾルーション補助バーは、レンズ内のこれらの周波数分布が、密集フィーチャの１次回折の周波数と一致する、ゼロ周波数より上の余弦第１ノードを有する余弦波である（ｃｏｓｉｎｕｓｏｉｄａｌ）ように選ぶ。この余弦関数を孤立フィーチャの回折パターンに加えると、回折パターンは、近接効果を低減して、密集フィーチャのものによく似てくる。したがって、孤立幾何形状の像性能を対象とする離隔距離は、密集幾何形状のピッチに左右される。適当な周波数の余弦を生成するためには、目的とする主孤立フィーチャと補助バー間の中心から中心への離隔距離は、所望の密集幾何形状のピッチと等しくする。限界離隔距離は、主フィーチャと補助バーの中心から中心への間隔であり、他が用いる縁部から縁部への間隔ではない。これは、本発明の重要な態様である。この中心から中心への間隔値は、１：１デューティ比フィーチャのライン寸法の２倍であり、１：１より大きいデューティ比のそれより大きい。この距離は、対象とする密集フィーチャの所望のピッチ距離に等しい。例えば、１：１．５フィーチャの性能を整合させるためには、離隔距離は、ライン寸法の２．５倍である。

補助バーの幅は、一対の非ゼロ幅フィーチャが、レンズ瞳内で得られる余弦回折関数に及ぼす効果を考慮して決める。仮定のゼロ幅バーについては、余弦は、変調されずにレンズ瞳内に存在し、第１余弦ノードが、孤立フィーチャ回折パターンに加えられて、１次回折エネルギーと同等の追加を生成する。補助バーの幅が大きくなると、レンズ瞳内の余弦関数に、バー幅を表す矩形関数のフーリエ変換を乗ずる。これは、レンズ瞳の中心の最低周波数で最大となり、より高い周波数でレンズ瞳の外側に向かって減少するシンク関数である。フーリエ変換のスケーリング特性では、より大きな補助バーは、より低い周波数でさらに減衰を起こす。その影響によって、余弦関数の第１ノードが低減し、補正効果の有効性を低減させ、さらに補助バーがプリントされる可能性が大きくなる。したがって、補助バーの幅はなるべく小さく、できるだけインコヒーレント回折限界（０．２５×ラムダ／ＮＡ）未満とするべきである。

一対の非ゼロ幅の補助バーによってレンズ瞳内に生成した余弦関数の変調を補うために、空間周波数フィルタリングを利用することができる。変調シンク関数の逆数に類似のフィルターが望ましい。この空間周波数フィルターは、余弦関数の第１ノードの増大をもたらし、密集フィーチャと補助バーがアシストした孤立フィーチャとの間によい近似をもたらすであろう。

米国特許第５，２４２，７７０号に示す、縁部強度レベリング・バーを利用したマスク試験パターンの図である。 孤立および密集フィーチャを示すマスク試験パターンの図である。 本発明に従って間隔をあけた縁部強度レベリング・バーを有する孤立フィーチャのマスク・パターンの図である。 図１および２の密集フィーチャの、空間周波数の関数としての回折パターンのグラフである。 図１および２の孤立フィーチャの、空間周波数の関数としての回折パターンのグラフである。 図３の孤立フィーチャの両側の補助バーのマスク信号の強度を示すグラフである。 図３の補助バーの、空間周波数の関数としての回折パターンのグラフである。 図３の孤立フィーチャおよび補助バーの、空間周波数の関数としての回折エネルギー分布のグラフである。 補助バー余弦回折エネルギーによるダンピングのグラフである。 孤立フィーチャに補助バー無しのオフ・アクシス照明を比較する図である。 孤立フィーチャに補助バー有りのオフ・アクシス照明を比較する図である。 密集フィーチャについての、回折パターンのシミュレーション結果のグラフである。 孤立ラインについての、回折パターンのシミュレーション結果のグラフである。 １対の補助バーを有する孤立ラインについての、回折パターンのシミュレーション結果のグラフである。 補助バー自体についての、回折パターンのシミュレーション結果のグラフである。 密集フィーチャの回折パターンについて、２対の補助バーを用いたシミュレーション結果のグラフである。 孤立ラインの回折パターンについて、２対の補助バーを用いたシミュレーション結果のグラフである。 １対の補助バーを有する孤立ラインの回折パターンについて、２対の補助バーを用いたシミュレーション結果のグラフである。 補助バー自体の回折パターンについて、２対の補助バーを用いたシミュレーション結果のグラフである。 デューティ比１：１での、レンズ瞳内のコヒーレント照明の回折次数のグラフである。 デューティ比１：３での、レンズ瞳内のコヒーレント照明の回折次数のグラフである。 デューティ比１：５での、レンズ瞳内のコヒーレント照明の回折次数のグラフである。 デューティ比１：７での、レンズ瞳内のコヒーレント照明の回折次数のグラフである。 １対の補助バーの無い回折エネルギーを効果を示す図である。 １対の補助バーが有る回折エネルギーの効果を示す図である。 １対のバーを用いて回折エネルギーを再分布した結果を示す図である。 ２対のバーを用いて回折エネルギーを再分布した結果を示す図である。 補助バー無しの孤立フィーチャのデフォーカスを示す図である。 補助バー１対有りの孤立フィーチャのデフォーカスを示す図である。 補助バー２対有りの孤立フィーチャのデフォーカスを示す図である。 補助バー３対有りの孤立フィーチャのデフォーカスを示す図である。 波長および開口数の関数として、補助対の間隔を示す図である。

（詳細な説明）
図３は、マスク上に補助フィーチャの配置を設計するための好ましいアプローチを示す。この例は、クリア・マスク上のダーク・ラインを示すが、ダーク・マスク上のクリア・ラインについても同様な分析を行うことができる。補助フィーチャ３２０、３４０と主フィーチャ３００との間の所望の離隔距離は、性能の整合を目標とするデューティ比に左右される。１：１デューティに対しては、離隔距離は、ピッチと等しく設定される。補助フィーチャのサイズは、その配置に影響を与えない。補助フィーチャをピッチ距離の倍数に配置することも、なんらかの結果を示すであろう。実際、補助バーまたはフィーチャは、所望のピッチ整合の離隔距離に配置される。補助フィーチャは、できるだけ小さく作られる。逆ガウス性能の縁部に対して中心にｓｉｎｃ（ｗ／ｐ）開口を有する瞳フィルターを使うことができる。好ましい実施形態では、孤立フィーチャと補助フィーチャの中心から中心へのピッチは、密集フィーチャの中心から中心へのピッチと同じである。

図４は、密集フィーチャの回折パターン対空間周波数を、図５は、孤立フィーチャの回折パターン対空間周波数を示す。図６は、図３に示したように、孤立フィーチャの両側に配置された補助バーを示す。補助フィーチャのみの回折パターンを図７に示す。余弦関数の周波数はｃｏｓ（２πｐｕ）であり、式中、ｐは、整合の対象とする密集フィーチャのピッチであり、ｕは、レンズ瞳の１次元周波数座標である。図７から分かるように、余弦関数は、補助バーの非ゼロ幅の結果、シンク関数によって変調されている。余弦の周波数は、第１ノードが密集フィーチャの１次回折と一致するように選ばれる。これは、補助バーが、所望の密集ラインのピッチ距離の中心−中心距離の間隔で離れている場合に起こる。得られる回折エネルギー分布を、図８に示す。図８の、補助を受けた孤立フィーチャのパターンは、図５の孤立フィーチャのパターンより、図４の密集パターンにより近い。（０．５×ラムダ／ＮＡに近い）小さなフィーチャについては、この回折エネルギーのわずかな部分だけがレンズ内に入る。より具体的には、密集ラインの１次回折の周波数に近くこれより低い（および補助バー回折エネルギー余弦の第１ノードに近くこれより低い）エネルギーが集められる。

包絡シンク関数が補助バー余弦回折エネルギーを変調し、第１余弦ノードにダンピング効果を引き起こす。図９はこの効果を示す。第１ノードまたは１次回折周波数でのエネルギー損失は、補助バー幅ｗおよび離隔距離（密集ピッチに等しい）ｐに対して、正確にｓｉｎｃ（ｗ／ｐ）＝［ｓｉｎ（πｗ／ｐ）］／［πｗ／ｐ］である。

一例として、図８において、密集ピッチ２６０ｎｍのマスク・フィーチャ（１３０ｎｍ １：１）で、補助バーを用いた孤立近接効果補正を目標として考えてみる。８０ｎｍ幅の補助バーを選ぶ。これは、マスク作製の現在の限界であろう。第１余弦ノードの変調（１次回折に等しい）は、図８から分かるように、中心瞳振幅 と比べて、ｓｉｎｃ（ｗ／ｐ）＝０．８５または８５％減衰と計算される。より小さな補助フィーチャは、より小さな減衰をもたらすであろうが、これを製作するのは大変である。したがって、１次回折位置と比べて瞳中心の少なくとも８５％減衰の瞳フィルタリングの使用は、これらの補助フィーチャに対して望ましいことである。これは、光学系において、瞳または他の同等瞳位置またはフーリエ変換平面に、空間周波数フィルタリングを用いることによって遂行できる。フィルターは、（ＮＡ／ラムダの周波数を有する）レンズＮＡの範囲にわたって１／［ｓｉｎｃ（ｗ／ｐ）］に近似させて設計した透過率対周波数分布を用いて設計される。

図１１は、１９３ｎｍを用いた１５０ｎｍ幾何形状について、市販のリソグラフィ・シミュレータ（Ｐｒｏｌｉｔｈ／２ バージョン６．０５ｄ）を用いたシミュレーションの結果を示す。回折パターンはほぼ１：８間隔の孤立フィーチャであり、図１１ｂに示す。約１：１の密集フィーチャの回折パターンを図１１ａに示す。幅が７５ｎｍで、中心から中心への離隔距離が３００ｎｍの補助バーの回折パターンを、図１１（ｄ）に示す。図１１（ｃ）の、補助された１５０ｎｍフィーチャの回折パターンは、補助バーのない孤立フィーチャのパターン、図１１（ｂ）よりも、図１１（ａ）の密集フィーチャのものによく近似している。

中心に位置を合わせた、中心への距離が目標の中心フィーチャから所望のピッチの２倍のだけ各々離隔している、第２対の補助バーを加えることによって、孤立フィーチャと密集フィーチャ間の回折エネルギーの整合の改善がさらに可能である。これは、所望の１次回折に対応する周波数位置と、０．５／ｐに等しい所望の１次の半分の周波数位置にも、追加の余弦ノードを加える影響を有する。この結果、１次回折周波数のエネルギーを増大し、ゼロ次の振幅を低減させる。図１２は、１５０ｎｍ幾何形状および２対の５０ｎｍの補助バーについての結果を示す。これらのバーは、主フィーチャの中心から補助バーの中心まで、３００および６００ｎｍの間隔がある。ここでも、図１２（ｃ）に示した補助バーを有する孤立フィーチャのパターンは、１対のバーを有する孤立フィーチャ、図１２（ｂ）、または２重バーのパターン、図１２（ｄ）、よりも図１２（ａ）の密集フィーチャの回折パターンによく近似している。

好ましいデューティ比 結像性能は、孤立フィーチャの近傍に所定の離隔距離およびサイズのパラメータを有する補助バーを加えることによって密集フィーチャによく整合させられる。このバーの最適な離隔距離およびサイズのパラメータを本発明で説明する。本発明では、余弦波の（ｃｏｓｉｎｕｓｏｉｄａｌ）関数がレンズ瞳内で制御される。フィーチャは、現実的には決して完全に孤立していることはないので（十分大きいウインドウを考えると常に何らかの隣接する幾何形状がある）、マスク・フィーチャおよび補助フィーチャ・レイアウトを設計する場合は、これを考慮することができる。

密集詰め込みフィーチャと比べて、半孤立フィーチャを考えてみる。図１３（ａ）〜１３（ｄ）は、１３０ｎｍのラインが露光波長１９３ｎｍで描かれている状況を示す。図は、有効開口数１のレンズ瞳でのコヒーレント照明の回折次数を示す。１：３デューティ比フィーチャの２次回折が１：１デューティ比の１次回折と一致する場合の、デューティ比値１：１、１：３、１：５、および１：７を示す。１：５デューティ比フィーチャについては、３次が１：１の１次と一致し、１：７デューティ比フィーチャにつては、４次が一致する。補助フィーチャ・コシヌソイダル周波数関数がレンズ瞳内にあり、最大回折エネルギーを目標ピッチのフィーチャの１次回折位置に配置することができれば、その影響が最大になるので、これは重要な状況である。これらのケースすべてにおいて、この必要周波数位置に回折次数エネルギーがある。フィーチャは完全には孤立していないので、より孤立した幾何形状に加えられた補助フィーチャ（１：３以上として定義される）も反復性を有する。この周期性から得られる瞳の余弦関数も、これら同じ周波数でサンプル抽出され、 ［Ｃｏｓ（２πｐｕ）×ｃｏｍｂ（ｕｐ’）］×ｓｉｎｃ（ｗ／ｐ）
として表すことができる。

コム関数が一連のディラックのδ関数（またはインパルス関数）である場合は、ｕは、瞳の周波数値であり、ｐ’は、孤立フィーチャのピッチである。ｐ’がｐ（所望の整合させる密集フィーチャのピッチ）の倍数である場合、上記例および図１３で述べたように回折次数の一致があるであろう。これは、本発明の重要な態様である。マスク・フィーチャの設計時、半孤立フィーチャ（完全に孤立しておらず、遠方で隣接する幾何形状を有する）が、目標とするフィーチャのピッチ値の倍数であるピッチ値を有する場合は、補助バーの性能を改善することができる。１：１密集目標フィーチャについては、これは、より孤立したフィーチャに対して、１：３、１：５、１：７などと等しいピッチになる。半孤立フィーチャのピッチが、密集フィーチャのピッチの１：２または１：４である場合は、近接補正はほとんど増大しないかまたはまったく増大しないであろう。１：１．２密集目標フィーチャについては、これは、１：３．４、１：５．６などとなる。１：１．５密集目標フィーチャについては、これは、１：４、１：６．５などとなる。これらのフィーチャ・デューティ比またはピッチ値を含めてマスク幾何形状を設計することによって、補助フィーチャ近接補正法を用いた場合に達成される性能の改善が向上するであろう。

部分コヒーレンスの効果によって、さらなる改善が可能である。より大きな部分コヒーレンス値であるが、有効ソースのサイズを増大することによって、密集フィーチャおよび補助された孤立フィーチャの回折エネルギーはより接近する。これは、補助フィーチャの位置（離隔距離）またはサイズの選択に影響を与えない。

グローバルな孤立フィーチャ 本発明者は、フィーチャが非常に孤立している（一般にラインについて１：７、またはスペースについて７：１より大きい）場合、補助フィーチャの配置方法をやや修正できることを発見した。目的は、孤立した幾何形状（ラインまたはスペース）の、収差効果に対する感度を低下させることである。これはデフォーカスも含む。完全なレンズ系では、いかなるレンズ収差も存在しないので、最高焦点深度に最も関心がある。収差の存在下では、最高焦点深度および最小収差インパクトの両方ともが望ましい。本発明者は、以前の論文（Ｓｍｉｔｈ、ＳＰＩＥ Ｏｐｔｉｃａｌ Ｍｉｃｒｏｌｉｔｈｏｇｒａｐｈｙ ＸＩおよびＸＩＩ １９９８年および１９９９年）で、収差のインパクトは、瞳内での回折エネルギーの位置に依存することを示した。補助フィーチャを用いて、フィーチャの回折エネルギーを、瞳の最も有利な位置内に入るように最分布することができる。焦点深度を最大化（そしてデフォーカスの影響を最小化）するためには、瞳の中心はできるだけ小さいエネルギーで、瞳の縁部に最大回折エネルギーを有することが望ましい（瞳全体の回折次数のフェース・エラーによってイメージ劣化が引き起こされる）。球面および他の対称収差についても、同じ状況が存在する。非点収差については、瞳の縁部へ向かうエネルギーの分布が、水平および垂直方向の端から端までイメージ劣化の増大をもたらす恐れがあるような状況にある。エネルギーが瞳の端に向かって分布する際に傾斜してバランスすると、コマ効果を最小化することができる。

孤立フィーチャは、その密集フィーチャより大きな収差を経験する。孤立フィーチャの両側に補助光学的近接補正バー対を配置すると、前述の余弦「ノード」が、瞳のより高い周波数位置に回折エネルギーを配置する。（より密集したフィーチャの）所望のピッチに整合させる目標がない場合は、目標は、収差およびデフォーカスの存在下での孤立フィーチャの性能の改善となる。今日のレンズの収差のレベルは、０．０３ウェーブＲＭＳ（ＯＰＤ）に迫っている。フォトレジスト材料のトポグラフィー上に結像する場合に導入されるデフォーカスの量は、これよりずっと大きく、０．２５ウェーブのオーダーである。この場合は、デフォーカス収差が最小になるように、補助バーの配置を最適化することが最もよい。他の収差の存在下では、任意のデフォーカス−収差相互作用で、他の類似のしかし大部分はデフォーカス条件が無効になる場所に、エネルギーを配置するような設計が必要となるであろう。（上記の文献は、収差を最小化する最適瞳位置を述べている。）

回折エネルギーを瞳の縁部に配置するためには、瞳の縁部の周波数を知らなければならない。所与の開口数（ＮＡ）および波長（λ）について、この周波数はＮＡ／λである。補助バーは、このＮＡ／λ周波数の倍数に配置されるべきである。各々主フィーチャから距離λ／ＮＡの（中心から中心への）間隔をおいた一対のバーを配置することによって、主余弦の基本周波数およびより高周波数余弦の高調波が、最適の瞳縁部位置で回折エネルギーに加わる。離隔距離λ／ＮＡの一対のバーを用いることができる。第１の離隔距離と２λ／ＮＡに２対のバーを用いて改善することができる。３λ／ＮＡに追加の対を加えることによって、３対ではさらに改善される。４対以上でも改善される。限界は、ごくわずかの追加的改善しか認められないか、またはマスクの幾何形状が追加の対を妨げる点である。

図１４（ａ）は、２４８ｎｍ、０．５２ＮＡ、および１８０ｎｍ２１：１スペース（非常に孤立している）への適用を示す。４００ｎｍの離隔距離に幅６０ｎｍの補助スペース・フィーチャを加えることによって、瞳の回折エネルギーは、縁部に向かって中心から遠ざかって移動する。図１４（ｂ）を参照のこと。図１５（ａ）および１５（ｂ）は、２対および３対のバーがさらなる改善をもたらす他の例を示す。

図１６（ａ）〜（ｅ）は、本発明が、デフォーカス収差を有する性能を、いかに改善するかを示す。図１６（ｅ）は、３対の補助バーを有するマスク・パターンを示す。補助の無いバーと、１、２、および３対のバーを比べるために、０．０５ウェーブのデフォーカス値を導入した。孤立スペースのＲＭＳ ＯＰＤは、０．０２７８ウェーブである。１対の補助フィーチャで、図１６（ｂ）は、この値が０．０２３５ウェーブに減少することを示す。２対で、この値は、０．０２０３ウェーブに減少する。図１６（ｃ）を参照のこと。３対で、図１６（ｄ）から分かるように、この値は、０．０１６４ウェーブに減少する。この劇的な改善は、１８０ｎｍスペースの結像に対するデフォーカスの影響を減少させる。幅６０ｎｍの補助フィーチャは、適切に最適化したいき値化レジスト工程でプリントされない。したがって、焦点深度を改善することができる。

オフアクシス（Ｏｆｆ−ａｘｉｓ）照明 本発明者は、カスタマイズまたはオフアクシス照明の特定条件に対して、ＯＰＣ法を最適化できることも発見した。歴史的には、照明系開口数の相対的なサイズを制御して、リソグラフィ投影ツールの性能を最適化してきた。投影系対物レンズＮＡに対してこのＮＡを制御することによって、マスク面での空間コヒーレンスの修正ができ、一般に部分コヒーレンスと呼ばれる。これは、ケーラー（Ｋｏｅｈｌｅｒ）照明系において、投影レンズ瞳に対してコンデンサ・レンズ瞳サイズを特定化することによって達成される。基本的に、これは、回折情報の光学的処理のマニピュレーションを可能にする。通常、投影結像系の部分コヒーレンスの最適化は、完全円形照明装置開口を用いて達成される。照明装置の瞳サイズで対物レンズの回折情報の分布を制御することによって、最大の像変調を得ることができる。照明系は、完全円形照明装置開口の変形を考慮することによってさらに改良することができる。照明がマスク上に斜めに入射して、ゼロ次および１次回折が光学軸の別サイドに分布する系は、改善の可能性がある。一般に、こうしたアプローチは、オフアクシス照明と呼ばれる。得られる２つの回折次数は、結像に十分である。部分コヒーレント照明のこの斜め条件に可能な最小ピッチ解像度は０．５λ／ＮＡであり、通常の照明に可能なものの二分の一である。これは、選択された角度に分布した２つの狭いビームに照明を限定することによって達成される。照明の角度は、所与の波長（λ）、開口数（ＮＡ）、およびフィーチャ・ピッチ（ｄ）に対して一義的に選ばれ、密集フィーチャについて、ＮＡ＝０．５λ／ｄに対してｓｉｎ^-1（０．５λ／ｄ）として計算することができる。オフアクシス照明の最も顕著な影響は、焦点深度を考えると分かる。この場合、ゼロ次および１次回折は、デフォーカス量にかかわらず同一経路長を移動する。その結果、事実上無限の焦点深度が得られる。

実際は、１つの狭いビームまたは１対のビームに照明を限定すると強度はゼロになってしまう。さらに、結像は、ｘ−ｙ面内の１方向に向いているフィーチャに限定される。これを克服するために、必要な角度に照明を出力する、ある有限の強度を可能にする有限のリング幅を有する輪状またはリング開口が用いられている。得られる焦点深度は理想的な場合より浅いが、完全円形開口からの改善を実現することができる。大部分の集積回路用途では、フィーチャは水平および垂直の方向に限られており、四重極コンフィギュレーションがより適当であろう。ここでは、極は、水平および垂直マスク・フィーチャに対して４５度方向の斜めの位置にある。各ビームがすべてのマスク・フィーチャに対してオフアクシスとなり、像劣化は最小である。輪状または四重極オフアクシス系は、特定のフィーチャ・サイズに対して最適化することができ、その他すべてに対して非最適照明となる。目標となり最適化されるもの以外のフィーチャに対しては、より高い周波数成分は重なり合わず、追加の空間周波数アーチファクトが導入される。これによって、結像性能の劣化が可能になる。

密集フィーチャ（ラインとスペースのデューティ比が１：１から１：３）を考える場合は、変調および焦点深度の改善は、照明コンフィギュレーションおよび角度の適切な選択によって実現することができる。しかし、孤立フィーチャについては、個別の回折次数が存在しない。代わりに、連続回折パターンが生成する。こうした周波数表現を照明の極または輪状リングでコンボルブすると、ある角度範囲にわたって分布した回折情報が得られる。したがって、孤立ラインの性能は、オフアクシス照明では改善されない。フィーチャが孤立しておらず、低密集（ラインとスペースのデューティ比が＞１：３）の場合は、最適照明の条件は、より密集したフィーチャには最適ではない。さらに、一般に、オフアクシス照明の使用は、低密集幾何形状を有する大きなピッチ値には必要ではない。視野内で密集フィーチャおよびほとんど孤立したフィーチャを一緒に考慮するので、これらフィーチャへのオフアクシス照明の影響が異なり、密集フィーチャと孤立フィーチャの性能に大きな格差が生ずることになる。

補助フィーチャを用いた光近接効果補正（ＯＰＣ）は、オフアクシス照明（ＯＡＩ）で改善することができる。上記の「好ましいデューティ比」周辺の補助フィーチャを設計することによって、およびこの同じデューティ比周辺のオフアクシス照明を設計することによって（例えば、本発明者の特許出願「Ｉｌｌｕｍｉｎａｔｉｏｎ Ｄｅｖｉｃｅ ｆｏｒ Ｐｒｏｊｅｃｔｉｏｎ Ｓｙｓｔｅｍ ａｎｄ Ｍｅｔｈｏｄ ｆｏｒ Ｆａｂｒｉｃａｔｉｎｇ」、米国特許出願第０９／４２２，３９８号、この開示を参照により本明細書に組み込む）、ＯＰＣおよびＯＡＩが協働して、いずれかのアプローチ単独でのプロセスの複雑さを低減させることができ、あるいは他の方法では容易に実現できない結像解像度およびＤＯＦを可能にする。この概念は上記したものと似ている。所定の離隔距離およびサイズを有する補助バーを追加することによって、対物レンズ瞳内でより高い回折次数が、より低い回折次数に重なるように配置することができる。「マスク・フィーチャ高調波」周辺を照明とＯＰＣの両方で設計することによって、サブハーフ波長フィーチャ解像度についての、より製作可能な解決法が可能になる。

図１０（ａ）は、孤立フィーチャを有し補助バーのないパターンへの、オフアクシス照明の結果を示す。これを、補助バーが加えられた図１０（ｂ）と比較のこと。オフアクシス照明を用いて、ライン間隔４５０ｎｍを有する１５０ｎｍラインを、波長２４８ｎｍ、開口数０．７０、およびダイポール・オフアクシス照明を用いて照射した。ダイポール照明は、フォトマスク上の１５０ｎｍ長ラインの軸に直交する軸上に配向する２極からなる。照明装置の各極の照明角度は、ｓｉｎ^-1（（ラムダ）／（２^*ｐ））であり、式中ｐは３００ｎｍの値であり、等しいライン／スペース１５０ｎｍフィーチャのピッチである。図１０（ａ）は、ピッチ４５０ｎｍを有する１５０ｎｍラインの照射について、これら条件下での対物レンズ瞳内の回折次数の分布を示す。瞳の中心のエネルギーは、瞳縁部の回折次数の強度の３０％である。これは、像面が焦点整合中に変化するのに伴って、像劣化をもたらすことになる。図１０（ｂ）は、補助バーを用いることによって、ダイポール・オフアクシス照明を用いた場合、瞳の中心のエネルギーが低減することを示す。これは、像面が焦点整合中に変化することに伴う像劣化を減少させる。この効果は、ダイポール照明について認められる。他のオフアクシス照明も同様の結果をもたらすであろう。

Claims (23)

1. 集積回路（ＩＣ）に対応するリソグラフィのパターンを、フォトマスクから半導体基板上に光学的に転写するためのフォトマスクにおいて、前記パターンが、複数の密集間隔フィーチャと、密集間隔フィーチャから間隔をおいて配置された孤立フィーチャとを含み、前記孤立フィーチャが、前記孤立フィーチャの相対する辺に、補助バーに向かい合う孤立フィーチャの相当辺から等間隔に配置された、少なくとも１対の補助バーを有し、補助バーが孤立フィーチャ縁部の縁部強度勾配を変えて近接効果を低減させるフォトマスクであって、 密集間隔フィーチャのピッチに応じて、補助バーを間隔をおいて配置することを含む改良型のフォトマスク。
2. 補助バーが、その回折余弦の第１ノードがちょうど密集間隔フィーチャの１次回折位置にくるように間隔をおいて配置される、請求項１に記載のフォトマスク。
3. 孤立フィーチャが、密集間隔フィーチャから、密集間隔フィーチャのピッチの少なくとも７倍の間隔をおいて配置されており、補助バーが、孤立フィーチャの中心から、ラムダ／ＮＡの等倍の距離に間隔をおいて配置されており、式中、ラムダが照明波長、ＮＡが開口数である、請求項１に記載のフォトマスク。
4. 補助バーが、孤立フィーチャから、密集間隔フィーチャの１次回折と一致するノードのある余弦関数を有する回折パターンを生成する距離だけ間隔をおいて配置されている、請求項１に記載のフォトマスク。
5. 各補助バーの幅ができるだけ小さい、請求項１に記載のフォトマスク。
6. 各補助バーの幅が、インコヒーレント回折限界未満である、請求項１に記載のフォトマスク。
7. ２対以上の補助バーを有し、各追加の対が、第１対のピッチの倍数の間隔をおいて配置されている、請求項１に記載のフォトマスク。
8. 孤立および密集フィーチャがラインである、請求項１に記載のフォトマスク。
9. 孤立および密集フィーチャがスペースである、請求項１に記載のフォトマスク。
10. 半導体の感光性表面上に光を送る照明装置を有する光リソグラフィ装置において、集積回路（ＩＣ）に対応するリソグラフィのパターンを、フォトマスクから半導体基板上に光学的に転写するためのフォトマスクであって、前記パターンが、複数の密集間隔フィーチャと、密集間隔フィーチャから間隔をおいて配置された孤立フィーチャとを含み、前記孤立フィーチャが、前記孤立フィーチャの相対する辺に、補助バーに向かい合う相当辺から等間隔に配置された少なくとも１対の補助バーを有し、補助バーが孤立フィーチャの縁部の縁部強度勾配を変えて近接効果を低減させ、密集間隔フィーチャのピッチに応じて補助バーを間隔をおいて配置したフォトマスクと、回折エネルギーを分布させるために光源とフォトマスクの間に配置された空間周波数フィルタとを備える改良型装置。
11. マスク上のパターンを半導体ウエーハの感光性表面に投影するために、光源と、光源を付形するための照明ステージと、付形された光をフォトマスク上に送るためのレンズとを有する投影リソグラフィ装置において、フォトマスク上に光近接効果補正フィーチャを配置するための方法であって、 １セットの密集詰め込みマスク・フィーチャをフォトマスク上に形成することであって、前記密集間隔フィーチャが密集フィーチャのピッチを有する、形成すること、 フォトマスク上に、より孤立したフィーチャの１つを形成すること、 １つまたは複数の補助フィーチャを、密集フィーチャのピッチに従って選ばれた距離に、孤立フィーチャに隣接して配置することを含む方法。
12. 補助フィーチャが、サブレゾルーションのサイズであり、孤立フィーチャの両側に、レンズ内のこれらの周波数分布が、密集フィーチャの１次回折の周波数と一致する、ゼロ周波数より上の余弦第１ノードを有する余弦波である（ｃｏｓｉｎｕｓｏｉｄａｌ）ような距離に配置された、請求項１１に記載の方法。
13. 補助フィーチャが、レンズのインコヒーレント回折限界未満の幅を有する、請求項１１に記載の方法。
14. 幅が、装置の開口数で割った光源の波長の０．２５倍未満である、請求項１１に記載の方法。
15. フォトマスクの投影像を空間的にフィルタリングして、装置の瞳の中心を減衰させるステップをさらに含む、請求項１１に記載の方法。
16. 第１セットの補助フィーチャのピッチの２倍に配置された第２セットの補助フィーチャをさらに含む、請求項１１に記載の方法。
17. 第１セットの補助フィーチャのピッチの３倍に配置された第３セットの補助フィーチャをさらに含む、請求項１６に記載の方法。
18. ｍセットの補助フィーチャをさらに含み、各セットが、第１セットの補助フィーチャのピッチのｍ倍に配置された、請求項１１に記載の方法。
19. マスク上のパターンを半導体ウエーハの感光性表面に投影するために、知られた波長および知られた開口数の光源と、光源を付形するための照明ステージと、付形された光をフォトマスク上に送るためのレンズとを有する投影リソグラフィ装置において、フォトマスク上に光近接効果補正フィーチャを配置するための方法であって、 １セットの密集詰め込みマスク・フィーチャをフォトマスク上に形成すること、 フォトマスク上に、より孤立したフィーチャの１つを形成すること、 １つまたは複数の補助フィーチャを、波長および開口数に従って選ばれた距離に、孤立フィーチャに隣接して配置することを含む方法。
20. ｍセットの補助フィーチャがあり、フィーチャの各セットｍが、開口数で割った波長に相当する距離だけ間隔をおいて配置されている、請求項１９に記載の方法。
21. 集積回路（ＩＣ）に対応するリソグラフィのパターンを、フォトマスクから半導体基板上に光学的に転写するための前記フォトマスクにおいて、前記パターンが、複数の密集間隔フィーチャと、密集間隔フィーチャから間隔をおいて配置された１つまたは複数の半孤立フィーチャとを含み、前記孤立フィーチャが、前記孤立フィーチャの相対する辺に、補助バーに向かい合う孤立フィーチャの相当辺から等間隔に配置された少なくとも１対の補助バーを有し、補助バーが孤立フィーチャの縁部の縁部強度勾配を変えて近接効果を低減させるフォトマスクであって、 密集間隔フィーチャのピッチに応じて、補助バーを間隔をおいて配置すること、および 密集フィーチャのデューティ比の奇数倍の、好ましいデューティ比に半孤立フィーチャを間隔をおいて配置することを含む改良型のフォトマスク。
22. 好ましいデューティ比が、１：３、１：５および１：７を含む、請求項２１に記載の改良型フォトマスク。
23. マスク上のパターンを半導体ウエーハの感光性表面に投影するために、光源と、光源を付形するための照明ステージと、付形された光をフォトマスク上に送るためのレンズとを有する投影リソグラフィ装置において、フォトマスク上に光近接効果補正フィーチャを配置するための方法であって、 １セットの密集詰め込みマスク・フィーチャをフォトマスク上に形成することであって、前記密集間隔フィーチャが密集フィーチャのピッチを有する、形成すること、 フォトマスク上に、より孤立したフィーチャの１つを形成すること、 １つまたは複数の補助フィーチャを、密集フィーチャのピッチに従って選ばれた距離に、孤立フィーチャに隣接して配置すること、 フォトマスクをオフアクシス照明で照らすこと、 を含む方法。