JP4099589B2 - マスクパターン補正方法、露光用マスクおよびマスク製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、半導体装置の回路パターンを形成するためのリソグラフィ工程にて用いられる露光用マスク、特にいわゆる極短紫外光に対応した反射型の露光用マスクについてのマスクパターン補正方法に関する。さらには、その露光用マスクおよび当該および露光用マスクを製造するためのマスク製造方法に関する。

近年、半導体装置の微細化に伴い、ウエハ上に塗布された光感光材料であるレジストを露光および現像して形成されるレジストパターン、および該レジストパターンをエッチングマスクとしてエッチング加工して得られる回路パターンの線幅は、益々極小化が要求されている。また、線幅のみならず、パターン間ピッチ等についても、更なる極小化が要求されている。このような極小化の要求についてはレジストの露光に用いる光の波長をより短波長にすることで対応が可能となるが、光の波長と解像度との関係は、以下に示すレイリーの式で表わされることが知られている。

ｗ＝ｋ１×（λ／ＮＡ）・・・（１）

この（１）式において、ｗは解像される最小のパターン幅、ＮＡは投影光学系のレンズの開口数、λは露光光の波長である。また、ｋ１は、主にレジストの性能および超解像技術の選択等により決定されるプロセス定数であって、最適なレジストおよび超解像技術を用いればｋ１＝0.35程度まで選択できることが知られている。なお、超解像技術とは、マスクを透過若しくは反射し、マスク上遮光パターンで回折された光の±１次回折光を選択的に用いることにより、波長よりも小さなパターンを得ようとするものである。

レイリーの式によれば、例えば157nmの波長を用いた場合に対応が可能な最小のパターン幅は、ＮＡ＝0.9のレンズを用いるとすれば、ｗ＝61nmとなることがわかる。すなわち、61nmよりも小さなパターン幅を得るためには、さらに短い波長の露光光、あるいは液浸レンズを用いなければならない。例えば、157nmの波長を用いて液浸レンズを用いると、ＮＡ＝1.2のレンズを用いた場合における最小のパターン幅は46nmとなる。
このため、45nmの世代からは、極短紫外光（ＥＵＶ；Extreme Ultra Violet）と呼ばれる13.5nmを中心とした0.6nm程度の波長帯域を具備する露光光を用いることが検討されている（例えば、特許文献１参照）。極短紫外光を用いれば、例えばＮＡ＝0.25の露光装置においては、レイリーの式からｋ１≧0.6の条件下でｗ≧32.4nmの線幅を形成することができ、従前には達成できなかったパターン幅やパターンピッチ等の極小化にも対応可能となるからである。

ただし、13.5nmの波長の極短紫外光を用いる場合には、光透過型のマスクおよび光学系ではなく、光を反射する反射型マスクおよび反射型光学系によって、露光用マスクおよび光学系を構成する必要がある。これは、157nmの波長の紫外光までは、例えばＣａＦ₂（フッ化カルシウム）やＳｉＯ₂（二酸化ケイ素）といった光透過性のある材料が存在するため、当該紫外光を透過させる構成のマスクおよび光学系を作製することができるが、13.5nmの波長の極短紫外光については、当該極短紫外光を所望の厚さでもって透過させる材料が存在していないからである。
また、反射型マスクを用いた場合には、マスク面で反射された光が、そのマスクに入射される光と相互に干渉することなく、投影光学系に導かれねばならない。そのため、反射型マスクに入射される光は、必然的にマスク面の法線に対して角度φを持った斜め入射となる。つまり、極短紫外光を用いて露光する場合には、露光用マスクのマスク面に入射される光が、そのマスク面の法線に対して角度を持った斜め入射となる（例えば、特許文献２参照）。この角度は、投影光学系のレンズの開口数ＮＡ、マスク倍率ｍ、照明光源の大きさσから決まる。具体的には、例えばウエハ上に４倍の縮小倍率を持つマスクを用いた場合、ＮＡ＝0.3の露光装置においては、光がマスク面の法線に対して4.30°よりも大きな入射角を持ってマスク上に入射することになる。また、これと同様に、ＮＡ＝0.25の露光装置においては、光が3.58°よりも大きな入射角を持ってマスク上に入射することになる。

ところで、半導体装置の製造工程におけるリソグラフィ工程では、露光後においてウエハ上で所望通りの転写像（パターン形状）が得られることが求められる。ただし、光近接効果の影響があることから、露光用マスクを設計値通りに作成しても、必ずしも所望通りの転写像が得られるとは限らない。特に、上述したように、形成すべきパターン幅やパターンピッチ等の極小化が進展すると、パターンの微細化に伴って、マスクパターンと転写像の形状との差異が大きくなる傾向にある。そのため、リソグラフィ工程で用いられる露光用マスク上のマスクパターンに対しては、予め光近接効果を考慮して、設計段階で補正を加える光近接効果補正（Optical Proximity effect Correction：以下、単に「ＯＰＣ」という）を行うことが一般的である（例えば、特許文献３参照）。
露光用マスク上のマスクパターンに対するＯＰＣは、例えば、以下に述べるようにして行われる。通常、光透過型マスクの場合、マスク上に入射する光は、そのマスク表面に対して垂直に入射する。そのため、ウエハ上に転写される転写像のパターン中心位置は、マスク上におけるマスクパターン中心位置と一致する。このことから、ウエハ上に所望の形状とは異なる転写像が得られる場合において、所望形状の転写像を得るべくマスクパターンに対する補正を行う場合には、マスク上においてＣ＝ΔＬ／Ｍｍの関係が成立するようにすればよい。ここで、Ｃはマスク上でのパターン形状の補正量であり、ΔＬはウエハ上に異なった形状で転写された像と所望形状の寸法差である。また、Ｍｍはマスク誤差因子で、Ｍｍ＝（ΔＷ／ΔＭ）のように定義される。なお、ΔＭｍは、マスクパターンの寸法をΔＭだけ変化させたときに、ウエハ上での転写像のパターン寸法がΔＷだけ変化したときの比である。

特開２００２−３６５７８５号公報 特開２００３−２５７８１０号公報 特開２００２−１２２９７７号公報

しかしながら、極短紫外光を用いる場合においては、露光用マスクのマスク面に入射される光が、そのマスク面の法線に対して角度を持った斜め入射となることから、上述した従来技術による補正のみでは必ずしも良好な補正が行えるとは限らない。極短紫外光が斜めに入射すると、光近接効果による影響の他に、斜め入射効果による影響をも受けるからである。

斜め入射する露光光には二つの作用があり、一つ目はパターン位置を入射方向にシフトさせる作用であり、二つ目は斜め入射効果によりウエハ上転写像が変形してその忠実性が低下してしまう作用である。これらのうち、パターン位置を入射方向にシフトさせる作用は、ラインパターンまたはラインアンドスペースパターンを用いたウエハ上転写結果から、ウエハ上におけるパターンシフト量を見積もることができる。したがって、マスクパターン全体をオフセットさせたり、露光時に露光装置にオフセット値を適宜設定してパターン全体をシフトさせることで、そのパターンシフトを補正することができる。
ところが、斜め入射効果によりウエハ上転写像の忠実性が低下する作用については、マスクパターンの構成辺と斜め入射光の射影ベクトルとがなす角度によって、その変形量が異なってしまう。さらには、例えば入射光の射影ベクトルと交差する方向に延びるラインパターンの場合、入射光の入射方向手前側パターンエッジと入射方向奥前側パターンエッジとでは、それぞれの変形量が異なってしまい、これによりラインパターンの重心の位置ずれを招いてしまう。
具体的には、例えば図３６に示すパターンにおいて、パターンの配置方向が射影ベクトルの方向に対して二通りしかない場合においても、図３６（ａ）のレイアウトと図３６（ｂ）のレイアウトでは、ウエハ上転写像におけるパターンエッジＡ、Ｂ、ＣおよびＤの補正量がそれぞれ異なる。
したがって、斜め入射光を用いる極短紫外光用反射型マスクの場合、斜め入射効果による影響を考慮していない従来技術による補正のみでは、必ずしも良好な補正が行えるとは限らないのである。
マスク上斜めに入射する露光光に起因する作用によりウエハ上転写像の忠実性が低下する現象、および光近接効果ウエハ上転写像の忠実性が低下する現象は、本来別の原因によって生じる現象であるから、別々に補正することが望ましい。すなわち、パターン辺のマスク上斜め入射光のマスク上射影ベクトルとのなす向きに依らず一定のマスク誤差因子Mmで、近接効果補正を行い、次にマスク誤差因子Mmとは無関係に斜め入射光による補正を行うことが望ましい。

そこで、本発明は、極短紫外光を用いたリソグラフィ工程における露光用マスクについて、斜め入射効果による影響を考慮したマスクパターンの補正を行えるようにして、ウエハ上転写像の忠実性が低下してしまうのを回避できるようにし、これにより当該リソグラフィ工程を経て得られる半導体装置の性能向上を図ることを可能にする、マスクパターン補正方法、露光用マスクおよびマスク製造方法を提供することを目的とする。

本発明は、上記目的を達成するために案出されたマスクパターン補正方法である。すなわち、極短紫外光の反射作用を有するマスクブランクス膜と、当該マスクブランクス膜上にパターニングされて前記極短紫外光を吸収する吸収膜とを備えてなり、マスク面上に斜め入射する前記極短紫外光を反射することで前記吸収膜によって形成されるマスクパターンに応じた形状の転写像をウエハ上へ露光転写する露光用マスクについてのマスクパターン補正方法であって、前記極短紫外光がマスク面上に垂直入射した場合または垂直入射とみなせる角度で入射した場合に当該極短紫外光を反射して得られる光のエネルギーＥ₀を求める工程と、前記斜め入射の角度で前記極短紫外光がマスク面上に入射した場合に当該極短紫外光を反射して得られる光のエネルギーＥ₁を求める工程と、前記エネルギーＥ ₁ が前記エネルギーＥ ₀ と略同等となるように前記マスクパターンに対する補正を行う工程とを含むことを特徴とする。

また、本発明は、上記目的を達成するために案出された露光用マスクである。すなわち、極短紫外光の反射作用を有するマスクブランクス膜と、当該マスクブランクス膜上にパターニングされて前記極短紫外光を吸収する吸収膜とを備えてなり、マスク面上に斜め入射する前記極短紫外光を反射することで前記吸収膜によって形成されるマスクパターンに応じた形状の転写像をウエハ上へ露光転写する露光用マスクであって、前記極短紫外光がマスク面上に垂直入射した場合または垂直入射とみなせる角度で入射した場合に当該極短紫外光を反射して得られる光のエネルギーＥ₀を求める工程と、前記斜め入射の角度で前記極短紫外光がマスク面上に入射した場合に当該極短紫外光を反射して得られる光のエネルギーＥ₁を求める工程と、前記エネルギーＥ ₁ が前記エネルギーＥ ₀ と略同等となるように前記マスクパターンに対する補正を行う工程とを経て得られたことを特徴とするものである。

また、本発明は、上記目的を達成するために案出されたマスク製造方法である。すなわち、極短紫外光の反射作用を有するマスクブランクス膜と、当該マスクブランクス膜上にパターニングされて前記極短紫外光を吸収する吸収膜とを備えてなり、マスク面上に斜め入射する前記極短紫外光を反射することで前記吸収膜によって形成されるマスクパターンに応じた形状の転写像をウエハ上へ露光転写する露光用マスクを製造するためのマスク製造方法であって、前記極短紫外光がマスク面上に垂直入射した場合または垂直入射とみなせる角度で入射した場合に当該極短紫外光を反射して得られる光のエネルギーＥ₀を求める工程と、前記斜め入射の角度で前記極短紫外光がマスク面上に入射した場合に当該極短紫外光を反射して得られる光のエネルギーＥ₁を求める工程と、前記エネルギーＥ ₁ が前記エネルギーＥ ₀ と略同等となるように前記マスクパターンに対する補正を行う工程とを含むことを特徴とする。

上記手順のマスクパターン補正方法、上記構成の露光用マスク、および上記手順のマスク製造方法によれば、マスクパターンに対する補正を行うのに先立ち、当該マスクパターンをマスク面上に形成した場合における光のエネルギーＥ₀，Ｅ₁を求める。光のエネルギーＥ₀，Ｅ₁は、近接場光で求めることが望ましい。ここで、「近接場光」とは、マスク面で光を反射したときに近接場領域（当該光の波長より短い距離の領域）のみに届く光のことをいう。ただし、必ずしも近接場光で求める必要はなく、例えば吸収層表面から極短紫外光の波長（露光波長）λの２倍以下の距離で光のエネルギーを求めてもよい。吸収層表面から２λ以下の距離であれば回折光の分布は等しいと考えてよく、吸収層表面から２λ以下の距離で光のエネルギーを求めてもなんら差し支えないからである。このような光のエネルギーは、例えば、当該近接場光の光強度分布について定積分を行うことによって求めることができる。また、エネルギーＥ₀について、極短紫外光がマスク面上に「垂直入射した場合」とは、極短紫外光がマスク面に対する法線ベクトルに沿って入射した場合、すなわちいわゆる入射角度が０°の場合をいう。一方、「垂直入射とみなせる角度で入射した場合」とは、所定値以下の入射角度での斜め入射であるが、得られる光のエネルギーが垂直入射の場合と略同等であるため、垂直入射とみなして取り扱っても問題ない場合のことをいう。そして、これらの場合におけるエネルギーＥ₀を基準とし、これとエネルギーＥ₁との比較結果に基づいて、その比較結果を反映した補正、すなわちエネルギーＥ₁がエネルギーＥ₀と略同等となるような補正を、マスクパターンに対して行う。この補正によって、当該補正後のマスクパターンでは、極短紫外光がマスク面上に斜め入射しても、当該極短紫外光を反射して得られる光のエネルギーが、垂直入射した場合と略同等になる。つまり、当該補正後のマスクパターンによれば、垂直入射の場合と略同等の形状の転写像をウエハ上へ露光転写し得るようになる。

本発明のマスクパターン補正方法、露光用マスクおよびマスク製造方法によれば、極短紫外光がマスク面上に斜め入射する場合であっても、マスクパターンの補正によって、垂直入射の場合と略同等の形状の転写像をウエハ上へ露光転写し得るので、斜め入射効果による影響を排除することが可能となる。したがって、斜め入射効果の影響でウエハ上転写像の忠実性が低下してしまうのを回避できるようになり、当該転写像を所望通り（設計通り）のものとすることが可能となる。つまり、本発明による補正を行うことで、極短紫外光を用いたリソグラフィ工程を経て得られる半導体装置の性能向上を図れるようになる。

以下、図面に基づき本発明に係るマスクパターン補正方法、露光用マスクおよびマスク製造方法について説明する。なお、当然のことではあるが、本発明は、以下に述べる実施の形態に限定されるものではない。

はじめに、露光用マスクの概略構成について簡単に説明する。ここで説明する露光用マスクは、半導体装置の製造方法における一工程であるリソグラフィ工程にて、極短紫外光を反射してウエハ上に所望パターン（例えば回路パターン）を転写するために用いられるものである。なお、ここで言う「極短紫外光」には、例えば波長が13.5nmのものに代表されるように、従前のリソグラフィ工程で用いられていた紫外光よりも短波長（例えば、１nm以上100nm以下）のものが該当する。

このような極短紫外光の反射によりウエハ上に所望パターンの転写像を露光転写すべく、露光用マスクは、極短紫外光の反射作用を有するマスクブランクス膜と、そのマスクブランクス膜上にパターニングされて極短紫外光を吸収する吸収膜と、を備えて構成されている。
マスクブランクス膜は、例えばＳｉ（ケイ素）層とＭｏ（モリブデン）層とを交互に積層した構造で構成されるが、その積層の繰り返し数が４０層以上であるものが一般的である。
また、吸収膜は、極短紫外光を吸収する材料からなるもので、例えばＴａＮ（タンタルナイトライド）層によって構成される。ただし、吸収膜は、極短紫外光のマスク用材料として用いることのできるものであれば、他の材料からなるものであってもよい。具体的には、ＴａＮ以外にＴａ（タンタル）またはＴａ化合物、Ｃｒ（クロム）またはＣｒ化合物、Ｗ（タングステン）またはＷ化合物等が考えられる。
なお、マスクブランクス膜と吸収膜との間には、吸収膜を形成する際のエッチングストッパとして、あるいは吸収膜形成後の欠陥除去時のダメージ回避を目的として、例えばＲｕ（ルテニウム）層やＳｉＯ₂（二酸化ケイ素）またはＣｒ（クロム）によって構成されるバッファ膜を設けておくことが考えられる。

以上のような構成の露光用マスクを製造する場合には、マスクブランクス膜上に、必要に応じてバッファ膜を成膜した後、さらに吸収膜を成膜し、周知のリソグラフィ技術を用いて、その吸収膜を所望パターンに対応する形状にパターニングすればよい。これにより、当該所望パターンを露光転写するためのマスクパターンを有した、極短紫外光用の反射型露光用マスクが得られることになる。

ただし、露光用マスクについては、マスクパターンを設計値通りに形成しても、すなわち露光転写すべき所望パターンと同一（相似）に形成しても、光近接効果や斜め入射効果等による影響のため、必ずしも所望通りの転写像が得られるとは限らず、ウエハ上転写像の忠実性が低下してしまう可能性がある。このことから、露光用マスクの製造にあたっては、吸収膜によるマスクパターンを形成するのに先立ち、当該マスクパターンに対して設計段階で補正を加える必要がある。

ウエハ上転写像が所望通りとならない理由としては、（イ）光近接効果によるウエハ上転写像の変形、（ロ）露光光の斜め入射に起因するパターン位置シフト、（ハ）斜め入射効果によるウエハ上転写像の変形、といった三種類の要因が挙げられる。

このうち、（イ）の要因によるウエハ上転写像の変形については、以下のようにして解消することが考えられる。
光近接効果は、マスク上垂直に入射する露光光に対しても、例えば上述した（１）式におけるプロセス定数ｋ１が0.6よりも小さくなると顕著に表れる。すなわち、マスクパターンからの高次回折光が投影レンズ系の瞳面から外れてくる効果、さらには１次回折光の一部が瞳面から外れてくる効果によって、ウエハ上転写像の形状が所望のパターンの形状と異なるものとなるのである。
したがって、光近接効果の影響によって生じるウエハ上転写像の変形については、例えばＯＰＣのように、予めマスクパターンを変形させる補正を行うことによって、そのウエハ上転写像の変形を解消することが考えられる。

また、（ロ）の要因によるウエハ上転写像の変形については、以下のようにして解消することが考えられる。
既に説明したように、斜め入射する露光光には二つの作用があり、その一つは、パターン位置を入射方向にシフトさせる作用である。すなわち、マスク上に斜めに入射する露光光により、マスクパターンからの回折光が非対称となり、ウエハ上転写像のパターン位置を入射方向にシフトさせてしまうのである。ただし、その位置シフト量は、マスク上パターン形状に依らず、略一律で定数としてみなせる。
したがって、斜め入射に起因するパターン位置シフトを解消するためには、マスクパターンを一律にずらすか、あるいはウエハ上にパターンを転写する時に露光装置にパターンシフトをさせればよい。つまり、マスクパターン全体をオフセットさせたり、露光装置における露光条件を適宜設定したりすることで、パターンシフト量を補正することができる。

一方、斜め入射する露光光による他の一つの作用、すなわち（ハ）の要因によるウエハ上転写像の変形については、以下のようにして解消することが考えられる。
斜め入射効果によりウエハ上転写像が変形してしまう作用は、マスク上に斜めに入射する露光光により、マスクパターンからの回折光が非対称となり、かつ、マスクパターンにより反射光の一部が遮蔽され、その結果ウエハ上転写像のパターンコントラストが低下することによって引き起こる。そのため、ウエハ上転写像の形状忠実度の低下は、反射光量よりも遮蔽される光量の方が相対的に少ないレイアウト、すなわち密集したレイアウトおよび孤立スペースのようなパターンにおいて、より顕著に発生する。
このようなウエハ上転写像の変形についても、光近接効果による場合と同様に、マスクパターンを変形させる補正を行うことによって、そのウエハ上転写像の変形を解消することが考えられる。

以下に説明するマスクパターン補正方法では、上述した（イ）〜（ハ）のうち、（ハ）の斜め入射効果によるウエハ上転写像の変形を補正し、極短紫外光用の反射型露光用マスクを用いた場合であっても、ウエハ上に転写された転写像が所望の忠実度を得られるようにするためのものである。
なお、（イ）および（ロ）の要因によるウエハ上転写像の変形に対する補正は、以下に説明するマスクパターン補正とは別に行えばよく、しかも公知技術を利用して実現することが可能であることから、ここではその説明を省略する。

次に、主に上述した（ハ）の斜め入射効果によるウエハ上転写像の変形についてのマスクパターンの補正について説明する。図１は、斜め入射効果によるウエハ上転写像の変形についての補正の手順、すなわち本発明に係るマスクパターン補正方法の手順の一例を示すフローチャートである。

図例のように、マスクパターン形成に先立って行う本実施形態におけるマスクパターン補正では、先ず、第１の工程として、基準となる形成すべきマスクパターン（設計値通りのマスクパターン）に対するＯＰＣを行う（ステップ１０１、以下ステップを「Ｓ」と略す）。ただし、このときのＯＰＣは、マスク面上に入射する露光光が、そのマスク面に対して垂直入射または垂直入射とみなせる角度で入射するものとして行う。ここで、「垂直入射」とは、露光光がマスク面に対する法線ベクトルに沿って入射する場合、すなわちいわゆる入射角度が０°の場合をいう。一方、「垂直入射とみなせる角度で入射する」とは、所定値以下の入射角度での斜め入射であるが、その入射角度が小さく、後述のように得られる光のエネルギーが垂直入射の場合と略同等であるため、垂直入射とみなして取り扱っても問題ない場合のことをいう。具体的には、例えばウエハ上に４倍の縮小倍率を持つマスクであり、ＮＡ＝0.3の露光装置にて用いられる場合であれば、マスク面の法線に対して4.30°以下の入射角を持ってマスク面上に入射する場合が、これに相当する。またこれと同様に、ＮＡ＝0.25の露光装置であれば、光が3.58°以下の入射角を持ってマスク面上に入射する場合が、これに相当する。

この第１の工程におけるＯＰＣは、シミュレーション技術を用いて行うことが考えられる。ただし、露光光が垂直入射または垂直入射とみなせる角度で入射する場合について行うため、公知技術である任意の手法を用いて行うことが可能であり、ここではその詳細についての説明を省略する。また、必ずしもシミュレーション技術を用いて行う必要はなく、例えばマスクパターンを露光して得られるウエハ上転写像の形状を実測し、その実測結果を基にＯＰＣを行っても構わない。

ここで行うＯＰＣは、基準となるマスクパターンに対して露光光が垂直入射または垂直入射とみなせる角度で入射する場合におけるウエハ上転写像の形状忠実度を保つために行うものである。基準となるマスクパターンについてのウエハ上転写像の形状忠実度を保つことで、以下に述べるマスクパターン補正の精度向上を図ることが可能になるからである。したがって、第１の工程は、ウエハ上転写像の形状忠実度が保たれている場合においては、必ずしも行う必要はない。

その後は、第２の工程として、ＯＰＣ後の基準となるマスクパターンに対して、露光光が垂直入射または垂直入射とみなせる角度で入射した場合に、その露光光を反射して得られる光のエネルギーＥ₀、さらに具体的には露光光を反射して得られる近接場光のエネルギーＥ₀を求める（Ｓ１０２）。ここで、「近接場光」とは、マスク面で光を反射したときに近接場領域（当該光の波長より短い距離の領域）のみに届く光のことをいう。ただし、エネルギーＥ₀は、必ずしも近接場光で求める必要はなく、例えば吸収層表面から極短紫外光の波長（露光波長）λの２倍以下の距離で光のエネルギーを求めてもよい。図２に示すように、露光波長λの２倍程度であれば、近接場領域で求めた回折光によるウエハ上光強度と、吸収層表面からλ＜ｒ≦２λで求めた回折光によるウエハ上光強度とが一致することが、シミュレーションの結果から得られることがわかる。すなわち、吸収層表面から２λ以下の距離であれば、回折光の分布は等しいと考えてよく、吸収層表面から２λ以下の距離で光のエネルギーを求めてもなんら差し支えないからである。なお、以下の説明では、近接場光のエネルギーＥ₀を求める場合について説明する。

このような近接場光のエネルギーは、例えば以下に述べる手順で求めることができる。
露光光として用いられる極短紫外光は、その光源がブロードなスペクトルを持ち、照明光学系および投影光学系の多層膜ミラーで反射を繰り返された後も、13.15nmから13.75nmの範囲の波長帯域を持つ露光光として、ウエハ上まで到達する。したがって、マスク上近接場領域における光強度分布は、波長帯域内でウエハ上に到達する露光光のエネルギー分布関数で重み付けされた、各波長における光強度分布を波長で積分したものとなる。すなわち、マスク上近接場領域における光強度分布Ｊは、以下の（２）式で与えられることになる。

この（２）式において、Ｒ（λ）は、ウエハ上に到達する露光光のエネルギー分布関数である。Ｊ（λ,ｘ）は、各波長における光強度分布である。Ｃは、規格化定数である。なお、Ｒ（λ）は、照明光学系および投影光学系の反射ミラーの反射率Ｒ_E（λ）およびマスクブランクスの反射率Ｒ_M（λ）の積として、以下の（３）式で与えられる。

Ｒ（λ）＝Ｒ_E（λ）¹²Ｒ_M（λ）・・・（３）

そして、Ｊ（ｘ）を、以下の（４）式に示すように、さらにｘの区間で積分すれば、マスク面上における近接場光のエネルギーＥ₀を求めることができる。

このようにして、第２の工程では、マスク面に露光光が垂直に入射すると仮定した場合、または垂直入射とみなせる角度で入射すると仮定した場合における、マスク面上の近接場光のエネルギーＥ₀を、例えば該近接場光の光強度分布について定積分を行うことによって求める。

また、第３の工程では、第２の工程における場合と同様の手法を用いて、基準となるマスクパターン（第１の工程でのＯＰＣを行っていないもの）に対して、当該マスクパターンを用いた露光転写時と同じ斜め入射の角度で露光光がマスク面上に入射した場合に、その露光光を反射して得られる近接場光のエネルギーＥ₁を求める（Ｓ１０３）。なお、第３の工程は、必ずも第１および２の工程の後である必要はなく、これらの工程に先立って行うようにしてもよい。

これら第１〜第３の工程の後は、続いて、第４の工程を行う。第４の工程では、第２の工程で求めたエネルギーＥ₀と第３の工程で求めたエネルギーＥ₁とを比較し、その比較結果に基づいて、基準となるマスクパターンに対する補正を行う（Ｓ１０４）。このときの補正は、エネルギーＥ₁がエネルギーＥ₀と略同等となるように行えばよい。

例えば、マスクパターンにおけるパターン寸法を補正する場合について考える。この場合に、基準となるマスクパターンを構成するスペース幅を、垂直入射の場合においてｗ₀、マスク上に斜めに入射する場合においてｗ₁（ここでｗ₀＝ｗ₁）とすると、エネルギーＥ₁がエネルギーＥ₀と略同等になるように補正を行うと、補正後のマスク上スペース幅ｗ₂は、以下の（５）式で与えられる。

ｗ₂＝ｗ₁×（Ｅ₀／Ｅ₁）・・・（５）

これと同様の考え方で、マスクパターンにおけるパターンエッジの位置についても、補正を行うことが可能である。つまり、第４の工程では、基準となるマスクパターンに対する補正として、例えばエネルギーＥ₁がエネルギーＥ₀と略同等となるように、マスクパターンにおけるパターン寸法またはパターン位置の少なくとも一方を補正するのである。

第４の工程後は、更なる補正精度の向上を図るべく、以下に述べるような処理を行う。例えば、第４の工程にてマスクパターンにおけるパターン寸法を補正した場合であれば、その後、補正後のマスク上スペース幅ｗ₂を用いて、露光転写時と同じ角度で斜めに入射する露光光によるマスク上近接場光のエネルギーＥ₂を求める。このときも、第４の工程と同様の手法を用いてエネルギーＥ₂を求めればよい。そして、エネルギーＥ₂を求めたら、そのエネルギーＥ₂を既に求めているエネルギーＥ₀と比較し、その比較結果に基づいて、マスクパターンに対する補正を行う。このとき、例えばエネルギーＥ₂がエネルギーＥ₀と略同等となるように補正を行うと、補正後のマスク上スペース幅ｗ₃は、以下の（６）式で与えられる。

ｗ₃＝ｗ₂×（Ｅ₀／Ｅ₂）・・・（６）

このような処理を（ｎ−１）回繰り返すと、補正後のマスク上スペース幅ｗ_n-1を基にした、露光転写時と同じ角度で斜めに入射する露光光によるマスク上近接場エネルギーＥ_n-1が得られることになる。このエネルギーＥ_n-1を既に求めているエネルギーＥ₀と比較し、その比較結果に基づいて、例えばエネルギーＥ_n-1がエネルギーＥ₀と略同等となるように補正を行うと、補正後のマスク上スペース幅ｗ_nは、以下の（７）式で与えられる。

ｗ_n＝ｗ_n-1×（Ｅ₀／Ｅ_n-1）・・・（７）

また、このとき、マスクパターンを構成するラインのピッチをｐとすると、当該ラインのライン幅Ｌ_nについては、以下の（８）式で与えられる。

Ｌ_n＝ｐ（１−Ｅ₀／Ｅ_n-1）＋Ｌ_n-1（Ｅ₀／Ｅ _n-1)・・・（８）

そして、ｎ回目のマスク上スペース幅ｗ_nと、（ｎ−１）回目のマスク上スペース幅ｗ_n-1との差Δを、パターン寸法またはパターン位置の補正を行う際の最小単位サイズである補正グリッドサイズｇと比較し（Ｓ１０５）、差Δが補正グリッドサイズｇ以下となったら、マスクパターン補正を終了する。すなわち、以下の（９）式を満たすときに、マスクパターン補正を終了する。

Δ＝｜ｗ_n−ｗ_n-1｜≦ｇ・・・（９）

このようなｎ回分の処理の繰り返しによって、補正後におけるマスクパターンのパターン寸法またはパターン位置は、エネルギーＥ_nがエネルギーＥ₀と同等となる値に収束することになる。つまり、ｎ回分の処理の繰り返しによって、補正精度の向上が図れるのである。なお、このｎ回分の処理の繰り返しは、必ずしも必須ではなく、上述した第４の工程後に補正処理を終了にしても構わない。

以上のような手順のマスクパターン補正を行うことによって、当該補正後のマスクパターンでは、露光光がマスク面上に斜め入射しても、当該露光光を反射して得られる近接場光のエネルギー、または吸収層表面から露光波長λの２倍以下の距離で得られる光のエネルギーが、垂直入射した場合と略同等になる。つまり、当該補正後のマスクパターンによれば、垂直入射の場合と略同等の形状の転写像をウエハ上へ露光転写し得るようになる。

したがって、露光光がマスク面上に斜め入射する場合であっても、マスクパターンの補正によって、垂直入射の場合と略同等の形状の転写像をウエハ上へ露光転写し得るので、斜め入射効果による影響、すなわち（ハ）のウエハ上転写像の変形を排除することが可能となる。つまり、上述した手順のマスクパターン補正を行うことによって、当該補正後のマスクパターンが形成された露光用マスクにおいては、斜め入射効果の影響でウエハ上転写像の忠実性が低下してしまうのを回避できるようになり、当該転写像を所望通り（設計通り）のものとすることが可能となる。そのため、当該露光用マスクを用いれば、極短紫外光を用いたリソグラフィ工程を経て得られる半導体装置の性能向上を図れるようになる。

なお、ここでは、マスクパターン補正として、マスクパターンにおけるパターン寸法またはパターン位置の少なくとも一方を補正する場合を例に挙げて説明したが、本発明は必ずしもこれに限定されるものではない。例えば、マスクパターンを構成する吸収膜の膜厚を補正することによっても、エネルギーＥ₁〜Ｅ_nがエネルギーＥ₀と略同等となるようにすることは可能である。また、例えば、マスクパターンを構成する吸収膜の形成材料を選択して、当該吸収膜における光の消衰係数を補正することによっても、エネルギーＥ₁〜Ｅ_nがエネルギーＥ₀と略同等となるようにすることは可能である。すなわち、エネルギーＥ₁〜Ｅ_nをエネルギーＥ₀と略同等にする補正は、マスクパターンにおけるパターン寸法またはパターン位置の少なくとも一方、吸収膜の膜厚、または吸収膜の形成材料のいずれかを適宜変更することによって行ったり、あるいはこれらを適宜組み合わせて行ったりすることが考えられる。

また、ここで説明した一連の処理は、コンピュータとしての機能を有する情報処理装置が、所定の情報処理プログラムを実行することによって具現化することが考えられる。この場合、当該情報処理装置には、マスクパターンの形状に関するデータやウエハ上転写像の線幅に関するデータ等が、情報入力装置を介して入力されるものとする。ただし、これらの情報のうちの一部は、外部から入力されるものではなく、情報処理装置が行うシミュレーションによって求めたものであってもよい。また、このような一連の処理を具現化するための情報処理プログラムは、予め情報処理装置にインストールしておくことが考えられるが、コンピュータ読み取り可能な記憶媒体に格納されて提供されるものであっても、または有線若しくは無線による通信手段を介して配信されるものであってもよい。

次に、以上に説明したマスクパターン補正方法の手順を、具体例を挙げてさらに詳しく説明する。なお、以下の説明では、露光光を反射して得られる光のエネルギーを近接場エネルギーと記述するが、吸収層表面から露光波長λの２倍以下の距離で得られる光のエネルギーも同様に適用可能であることは勿論である。

〔前提条件についての説明〕
先ず、マスク面上に斜めに入射する露光光により、マスク上図形補正が必要となる条件について説明する。マスク上図形補正が必要となる条件は、定性的には、上述した（１）式におけるプロセス定数がｋ１＝0.6以下の場合、マスク面上に斜めに入射する露光光の入射角度が大きい場合、または吸収膜の膜厚が大きい場合のいずれかである。これらを具体的に特定するために、図３に示すマスク構造で、かつ、図４に示すマスクパターンが形成された露光用マスクを例に挙げる。

図３のマスク構造は、ガラス基板１上に、マスクブランクス膜２が形成されており、さらにその上方に吸収膜３が形成されている。吸収膜３の吸収膜の屈折率は0.94、消衰係数ｋは0.025〜0.040の間であるものとする。屈折率0.94は、吸収膜の形成材料として用いられるＴａ、Ｃｒまたはこれらの窒素化合物が持つ屈折率と略等しい。また、消衰係数ｋの範囲である0.025〜0.040は、これら形成材料およびバッファ膜に用いられる形成材料との合成消衰係数に略等しい。また、（１）式のプロセス定数ｋ１は、ライン線幅22nmに対して、露光中心波長13.5nmおよびＮＡ＝0.30の投影光学系において0.5である。
また、図４のマスクパターンは、ウエハ上においてパターンピッチ44nmで、かつ、ライン幅22nm（４倍マスク上においてパターンピッチ176nmで、かつ、ライン幅88nm）、および、ウエハ上においてパターンピッチ88nmで、かつ、ライン幅22nm（４倍マスク上においてパターンピッチ352nmで、かつ、ライン幅88nmパターン）のラインとスペースからなるものである。

図５は、このような露光用マスクを用いて、露光して得られた結果の具体例を示す説明図である。図例では、吸収膜３の膜厚に対するウエハ上ラインパターンのライン幅を、消衰係数0.025、0.030、0.035、0.040およびマスク上露光光の入射角度4.48°、6.16°、7.49°、8.38°の場合について求めている。また、ライン幅は、マスク上でライン線幅88nm、ピッチ176nmに対して求めたものである。なお、マスク上ライン幅およびマスク上スペース幅は補正していない。また、マスク上斜めに入射する露光光に対して、マスクパターンの構成辺は、直交して配置されているものとする。露光量は、マスク上ライン幅88nm、ピッチ352nmに対して設定している。すなわち、疎なパターンレイアウトを基準にして、密なレイアウトのパターンのライン幅を決定している。露光光学条件は、レンズ開口数ＮＡ＝0.30、光源の大きさσ＝0.90である。σ＝0.90は、マスク上に入射する露光光がマスク面上に垂直に入射する場合に、吸収膜３の膜厚が略100nmにおいて、疎なパターンレイアウト基準の露光量における密レイアウトのパターンのライン幅が22nmになる条件として設定している。

図例の結果によれば、吸収膜３の膜厚が増加するのに伴って、ウエハ上ライン幅が増大する傾向にあることがわかる。このことから、吸収膜３の膜厚が大きい場合には、マスク上図形補正が必要となると言える。
なお、ライン幅が増大する傾向は、入射角度が大きくなるのに伴っても顕著になる。ただし、その一方で消衰係数による差異は小さい。この結果から、吸収膜３の膜厚については、所望のウエハ上ライン幅22nmにおいて±５％の許容量、すなわち22nm±23.1nmを満たす範囲を、許容膜厚範囲として、各入射角度に対して定めておくことが考えられる。

また、吸収膜３の膜厚については、マスクブランクス膜２の表面反射率Ｒ_Mと吸収膜３の表面反射率Ｒ_Aとのコントラストγから定めておくことも考えられる。具体的には、コントラストγは、γ＝（Ｒ_A／Ｒ_M）×１００（％）で特定されるが、その値が１％以下となるように、吸収膜３の膜厚を定めておくことも考えられる。図６は、表面反射率のコントラストと吸収膜の膜厚との関係の具体例を示す説明図である。図例によれば、消衰係数ｋ＝0.025では吸収膜３の膜厚が86nm以上である必要があり、消衰係数ｋ＝0.030では吸収膜３の膜厚が72nm以上である必要があり、消衰係数ｋ＝0.035では吸収膜３の膜厚が64nm以上である必要があり、消衰係数ｋ＝0.040では吸収膜３の膜厚が56nm以上である必要がある。すなわち、消衰係数が大きいほど、コントラストγ≦１．０（％）を満たすための膜厚を小さくできることがわかる。

図７は、ライン幅許容量およびコントラストの値γの両方を満足するための条件の具体例を示す説明図である。図中において、両方を満足する条件は、シャドウ部分で示した領域で得られる。すなわち、消衰係数が大きい程、許容領域が広がる。しかしながら、ウエハ上ライン幅22nmのパターンを露光するために必要なＮＡ＝0.30の露光機を用いる場合、マスク入射角度が７°以上であることを考慮すると、ライン幅許容量およびコントラストの値γの両方を満足する条件は存在しない。条件が存在しない理由として、マスク上斜めに入射する露光光に対してマスクパターン構成辺が直交することを前提に、露光量をマスク上ライン幅88nmで、かつ、ピッチ352nmに対して設定したためである。条件が存在しない理由を、マスク上における近接場エネルギーとの関係でもって、以下に詳述する。

先ず、近接場エネルギーを特定するために、マスク上近接場における光強度分布Ｊ（ｘ）を、マスク上ライン幅88nmで、かつ、ピッチ176nmに対しては２周期分、またマスク上ライン幅88nmで、かつ、ピッチ352nmに対しては１周期分について、それぞれ特定する。図８は、それぞれの特定結果の具体例を示す説明図である。図例では、入射角度０°、すなわちマスク面上に垂直に露光光が入射する場合のマスク上近接場における光強度分布（図８（ａ）参照）と、入射角度7.84°の斜め入射でもってマスク面上に露光光が入射する場合のマスク上近接場における光強度分布（図８（ｂ）参照）とを示している。これらマスク上近接場における光強度分布Ｊ（ｘ）から、マスク上近接場光のエネルギーＥは、以下の（１０）式に示す定積分で得られる。

ここで、マスク上ライン幅88nmで、かつ、ピッチ176nmに対して求めたマスク上近接場のエネルギーをＥdense、マスク上ライン幅88nmで、かつ、ピッチ352nmに対して求めたマスク上近接場のエネルギーをＥsparseとし、これらのマスク上近接場エネルギーの比をＥdense／Ｅsparseとする。そして、エネルギー比Ｅdense／Ｅsparseと、マスク上ライン幅88nmで、かつ、ピッチ176nmの密なレイアウトのパターンにおけるウエハ上ライン幅との関係をプロットすると、その関係は図９に示すようになる。図９は、エネルギー比とウエハ上ライン幅との関係の具体例を示す説明図であり、ウエハ上ライン幅を消衰係数0.025、0.030、0.035、0.040およびマスク上露光光の入射角度4.48°、6.16°、7.49°、8.38°の各条件に対して示したものである。図例によれば、マスク上近接場エネルギーの比の減少とともに、ウエハ上ライン幅が増大することがわかる。増大する傾向は、入射角度が大きくなるに伴って顕著になる。また、消衰係数が小さいほうが、ウエハ上ライン幅に対するマスク上近接場エネルギーの影響が大きくなることがわかる。

さらに、マスク上に入射する露光光がマスク面上に垂直な場合のマスク上近接場エネルギーにおいて、マスク上ライン幅88nmで、かつ、ピッチ176nmに対して求めたマスク上近接場のエネルギーをＥnormal_dense、マスク上ライン幅88nmで、かつ、ピッチ352nmに対して求めたマスク上近接場のエネルギーをＥnormal_sparseとし、これらとエネルギーＥdenseまたはエネルギーＥsparseとの比をＥdense／Ｅnormal_dense、Ｅsparse／Ｅnormal_sparseとする。そして、それぞれのエネルギー比Ｅdense／Ｅnormal_dense、Ｅsparse／Ｅnormal_sparseをプロットすると、その関係は図１０に示すようになる。図１０は、マスク上近接場エネルギーを入射角度０°（垂直入射）の場合と相対比較した具体例を示す説明図であり、消衰係数がｋ＝0.040の場合を示したものである。図例によれば、疎なレイアウトのパターンは、入射角度が増大してもマスク上近接場のエネルギーの比の変化の程度が小さく、露光光がマスク面上に垂直な場合と斜めに入射する場合の差異が小さいことがわかる。一方、密なレイアウトのパターンは、入射角度が増大するとともにマスク上近接場のエネルギーの比の変化の程度が大きく、特に入射角度が６°以上では顕著に低下する。すなわち、密なパターンの場合、マスク上近接場エネルギーの低下は、マスク上斜め入射角が６°以上において顕著である。このマスク上近接場エネルギーの低下がウエハ上光強度のコントラストを低下させ、ライン幅の増大と解像力の低下をもたらすのである。

〔補正についての説明〕
以上の現象を明らかにした上で、本実施例において、マスクパターン補正を行う場合には、以下の（１１）式、（１２）式を満たすように、マスク上図形を補正する。

Ｅdense／Ｅnormal_dense≒１・・・（１１）
Ｅsparse／Ｅnormal_sparse≒１・・・（１２）

すなわち、露光光がマスク面上に垂直に入射する場合におけるマスク上近接場エネルギーと同等のエネルギーを持つように、露光光がマスク面上に斜めに入射する場合のマスク上図形を補正するのである。このときの補正グリッドサイズは、４倍マスク上で１nmとすることが考えられる。

図１１は、補正対象となる露光用マスクのマスク構造の構成例を示す模式図である。図例の露光用マスクは、ガラス基板１およびマスクブランクス膜２上に、膜厚76nmのＴａＮからなる吸収膜３が形成されるとともに、マスクブランクス膜２と吸収膜３との間に、膜厚30nmのＳｉＯ₂からなるバッファ膜４が形成されて、構成されている。そして、レンズ開口数ＮＡ＝0.30、光源の大きさσ＝0.90の露光光学条件で極短紫外光が露光され、マスク面上に対する斜め入射角度が7.5°〜7.8°であるものとする。このような構成の露光用マスクにおいて、バッファ膜４の消衰係数は0.011であり、吸収膜３の消衰係数は0.032である。すなわち、バッファ膜４と吸収膜３とを合わせた膜厚は106nmであり、合成消衰係数は0.026となる。したがって、図１１に示した構成の露光用マスクでは、図７を用いて説明した吸収膜膜厚と斜め入射角度に対する許容範囲から大きく逸脱してしまうことがわかる。つまり、所望通りのウエハ上転写像の忠実度を得るためには、マスク上図形補正が必要となる。

マスク上図形補正は、図１を用いて説明した手順に従いつつ、上述した（１１）式、（１２）式を満たすように行えばよい。ここでも、図４に示したように、マスク上ライン幅88nmで、かつ、ピッチ176nm（マスク上スペース幅は88nm）の密パターン、および、マスク上ライン幅88nmで、かつ、ピッチ352nm（マスク上スペース幅は264nm）の疎パターンを例に挙げる。マスク上斜め入射角度は7.8°とする。図１２は、マスク上近接場エネルギーを、露光光がマスク上に垂直に入射する場合を「１」とし、これに対して補正回数毎に、露光光が斜めに入射する場合のマスク上近接場エネルギーの相対量を示したものである。さらには、マスク上スペース幅を、露光光がマスク上に垂直に入射する場合と比較して、補正回数毎に示したものである。この結果から、ピッチ176nmの密パターンの場合は、３回の補正で収束することがわかる。また、ピッチ352nmの疎パターンの場合は、１回の補正で収束することがわかる。

さらに、補正回数毎にマスク上の近接場光強度が補正されていく過程、および、補正回数毎にウエハ上の光強度分布が補正されていく過程を、図１３および図１４に示す。図１３は密パターンについて示すものであり、図１４は疎パターンについて示すものである。また、図１５には、補正前後におけるウエハ上ライン幅を、露光光がマスク上に垂直に入射する場合と比較して示す。これらの結果から、所望の線幅22nmに対して、補正前には28.7nmの線幅であったものが、補正後には23.1nmに改善されていることが明らかとなっている。

次に、より複雑な図形の補正を行った場合の具体例を説明する。図１６は、補正対象とした４倍マスク上パターンの設計レイアウトの例を示す説明図である。図例のマスク上図形は、４倍マスク上88nmのラインパターンの両側に、352nmの幅の矩形パターンが、88nmのスペースパターンを挟んで配置されたものである。実際に補正を行うマスクパターンは、図例の図形パターンを繰り返したものとなる。すなわち、図例のマスク上図形は、マスクパターンの空間周期１周期分を切り出したものである。なお、露光光学条件はＮＡ＝0.30、σ＝0.90であり、斜め入射におけるマスク上露光光の入射角は7.6°であるものとする。

このようなマスク上図形に対する補正を行うためには、先ず、そのマスク上図形の基となるモデルパターンに対して補正を行う。図１７は、モデルパターンの一例を示す説明図である。図例のモデルパターンは、露光光がマスク上に垂直に入射する場合のものである。図１７（ｂ）のように、二本の密なスペースパターンからなるモデルパターンには、予めＯＰＣが施されているものとする。図１８は、図１７のモデルパターンについて、マスク上露光光の入射角7.6°の条件に対して補正した結果を示す説明図である。この図１８に示した補正値を用いてマスク補正した後のマスク上図形と、そのマスク上図形を露光して得られた結果とを、それぞれ図１９に示す。図１９からも明らかなように、補正後のマスク上図形を用いてウエハ上に露光すると、22nm±1.1nmの線幅の許容条件を満たす良好なウエハ上転写像が得られることがわかる。

ここで、比較のため、本発明に依らない補正結果について簡単に説明する。
図２０は、本発明に依らない補正結果の一例を示す説明図である。図例では、マスク上露光光の入射角7.6°の条件において、マスク上ライン幅88nmで、かつ、ピッチ352nmに対して、ウエハ上ライン幅が22nmとなるように露光量を設定し、その条件でウエハ上転写像を得るとともに、マスクパターンエッジ位置をずらしたウエハ上転写像をも得て、これらのウエハ上転写像から以下の（１３）式に基づきマスク誤差因子ＭＥＥＦを求め、さらには所望のエッジ位置座標Ｘno_waferに対するマスク上補正値Ｃを以下の（１４）式により求め、補正値Ｃがマスク上補正グリッドサイズｇに対し、Ｃ≦ｇ×ＭＥＥＦを満たすまで補正を繰り返した結果である。補正グリッドサイズは４倍マスク上で１nmである。

ＭＥＥＦ＝｜｛ｍ×（ΔＸｐ_wafer−ΔＸｎ_wafer）｝／（ΔＸｐ_mask−ΔＸｎ_mask）｜・・・（１３）

Ｃ＝｛Ｍ×（Ｘno_wafer−Ｘｎ_wafer）｝／ＭＥＥＦ・・・（１４）

なお、（１３）、（１４）式において、＋ΔＸｐ_maskおよび−ΔＸｎ_maskはマスクパターンエッジ位置のずらし量であり、＋ΔＸｐ_waferおよび−ΔＸｎ_waferはこのずらし量によるウエハ上におけるパターンのエッジ位置座標のずれ量である。また、ｍはマスク倍率である。

このような手順で得られたマスクパターンの補正結果（以下「従来例」という）は、図２０からも明らかなように、複雑な形状を具備する。これに対して、本発明に依る補正結果（以下「本実施例」という）は、図１９からも明らかなように、従来例に比べると単純な形状となっている。これら従来例と本実施例とについて、そのウエハ上光強度分布を比べると、以下の通りとなる。図２１は、図１６のパターン中心線に沿った、マスク上近接場光強度分布およびウエハ上光強度分布の具体例を示す説明図である。図２１（ａ）に示すように、マスク上近接場光強度分布を従来例と本実施例とで比較すると、吸収膜３で影になる部分の光強度は、本実施例のほうが従来例よりも大きいことがわかる。また、マスク上近接場エネルギーは、本実施例のほうが従来例よりも1.2倍程度大きい。さらに、図２１（ｂ）に示すように、ウエハ上光強度分布においても、本実施例における光強度分布は、従来例の場合よりも増大していることがわかる。

ところで、本実施例によるマスクパターンの補正は、マスク上斜めに露光光が入射する場合の近接場エネルギーを、露光光がマスク上に垂直に入射する場合のマスク上近接場エネルギーに略一致させるのであるから、投影光学系の条件に依存しない。したがって、異なった光学条件においても、マスク上斜めに露光光が入射する場合のウエハ上パターン形状と、露光光がマスク上に垂直に入射する場合のウエハ上パターン形状とは、略一致することになる。図２２は、図１９のマスク上図形を用いて、ＮＡ＝0.25およびσ＝0.70の露光光学条件で露光した場合のウエハ上転写像の形状の例を示す説明図である。図２２（ａ）に示すように、入射角０°の場合においては、ＮＡが小さくなり、（１）式におけるプロセスファクターｋ１が0.4に低下したことに伴い、解像性能が劣化し、光近接効果の影響によりパターンが変形している。また、図２２（ｂ）に示すように、マスク上近接場エネルギーによる補正を行ったマスクを用いて入射角度7.6°で露光した場合のウエハ上転写像の形状も、入射角０°の場合と同様に、光近接効果の影響によりパターンが変形している。すなわち、斜め入射光による影響は補正されたが、光近接効果の影響が残っている状態である。

このことから、本実施例によるマスクパターンの補正を行って、斜め入射効果の影響によるウエハ上転写像の忠実度低下を回避した場合であっても、さらに例えばＯＰＣのような従来手法による補正を行って、更なるウエハ上転写像の忠実度の向上を図ることが望ましい。図２３は、図２２（ｂ）の光近接効果の影響をさらに補正した結果の具体例を示す説明図である。

垂直に入射するときのマスク上近接場エネルギーを求める場合には、予め垂直入射の場合におけるＯＰＣを施したマスク上パターンでもって、マスク上近接場エネルギーの基準を求めてもよい。図２４は、モデルパターンに対し、マスク上に露光光が垂直に入射する場合にＮＡ＝0.25およびσ＝0.70の露光光学条件でＯＰＣを行った結果の具体例を示す説明図である。また、図２５は、マスク上に露光光が垂直に入射する場合のＯＰＣの結果をもって、マスク上に露光光が7.6°の入射角度を持って斜めに入射する場合のマスク上近接場エネルギーを略一致させることにより得た、マスク上補正パターンおよびウエハ上転写結果の具体例を示す説明図である。図２４の結果と図２５の結果とを比べると、これらは互いに一致度が高いことがわかる。

次に、他の具体例を説明する。図２６は、補正対象とした４倍マスク上パターンの設計レイアウトの別の例を示す説明図である。図例のマスク上図形は、４倍マスク上88nmのラインパターンがＴ字形状に配置されたものである。実際に補正を行ったマスクパターンは、図例の図形パターンを繰り返したものとなる。すなわち、図例のマスク上図形は、マスクパターンの空間周期１周期分を切り出したものである。なお、露光光学条件はＮＡ＝0.30、σ＝0.90であり、斜め入射におけるマスク上露光光の入射角は7.8°であるものとする。

このようなマスク上図形に対する補正を行うためには、先ず、そのマスク上図形の基となるモデルパターンに対して補正を行う。図２７は、モデルパターンの一例を示す説明図である。図例のモデルパターンは、露光光がマスク上に垂直に入射する場合のものである。図２８は、図２６のモデルパターンについて、マスク上露光光の入射角7.8°の条件に対して補正した結果を示す説明図である。この図２８に示した補正値を用いてマスク補正した後のマスク上図形と、そのマスク上図形を露光して得られた結果とを、それぞれ図２９に示す。図２９（ｂ）からも明らかなように、補正後のマスク上図形を用いてウエハ上に露光すると、簡単なモデルで補正したにもかかわらず、良好に補正されたウエハ上転写像を得られることがわかる。なお、図例におけるマスクの突合せ部分は、露光光がマスク上に垂直に入射する場合のウエハ上転写像で、予めＯＰＣが施された値を用いている。図３０は、さらに突合せ部分のウエハ上転写像における形状忠実度が良くなるように、補正を施したマスク上パターンとウエハ上転写像の具体例を示す説明図である。

さらに他の具体例を説明する。マスク上斜めに露光光が入射する場合の近接場エネルギーを、露光光がマスク上に垂直に入射する場合のマスク近接場エネルギーに略一致させるためには、マスク上近接場エネルギーを単位面積あたりのエネルギーとして求めてもよい。

図３１は、本実施例で例に挙げるホールパターンを示す説明図である。図３１（ａ）のホールは、露光光がマスク上に垂直に入射する場合において、ウエハ上22nmのホールが形成されるように設計されたマスク上パターンである。入射角度は8.8°であり、露光光条件はＮＡ＝0.30、σ＝0.90である。一方、図３１（ｂ）のマスク上パターンは、補正後のパターンである。

図３２は、図３１のホールパターンを露光して得られるウエハ上光強度分布の具体例を示す説明図である。図例のように、ウエハ上光強度は、補正によりマスク上斜めに露光光が入射する場合であっても、露光光がマスク上に垂直に入射する場合と同様の光強度を具備していることがわかる。一方、補正前のマスク上パターンによるウエハ上光強度は、著しく小さい。

図３３は、補正を繰り返した工程毎における、マスク上近接場エネルギーの比（Ｅ₀／Ｅ_n）、マスク上パターンのホールの面積およびマスク上パターンのホール幅の具体例を示す説明図である。図例によれば、５回補正を繰り返した後に、マスク上斜めに露光光が入射する場合の近接場エネルギーと、露光光がマスク上に垂直に入射する場合のマスク近接場エネルギーとが、互いに略一致していることがわかる。

さらに別の具体例を説明する。マスク上斜めに露光光が入射する場合の近接場エネルギーを、露光光がマスク上に垂直に入射する場合のマスク近接場エネルギーに略一致させることは、消衰係数の大きな材料を選択し、吸収膜の膜厚を薄くすることによっても実現可能である。

図３４および図３５は、消衰係数の違いによる近接場エネルギーの比較結果の具体例を示す説明図である。図３４では、消衰係数が0.0727である厚さ28nmのＮｉからなる吸収膜を用いた場合の近接場エネルギーを、厚さ76nmのＴａＮからなる吸収膜および厚さ30nmのＳｉＯ₂からなるバッファ膜が積層された場合の近接場エネルギーと比較した結果を示している。また、図３５では、図３４と同様の条件について、マスク上近接場エネルギーの改善の状況を示すために、マスク上近接場光強度を示している。これらの図例の比較結果によれば、76nmのＴａＮ吸収膜と厚さ30nmのＳｉＯ₂バッファ膜からなるマスクに、露光光がマスク上に垂直に入射する場合のエネルギー（基準となるエネルギー）に対して、マスク上近接場エネルギーが大きく改善されている。特に、ピッチ４倍マスク上176nmにおいて、ＴａＮ吸収膜と厚さ30nmのＳｉＯ₂バッファ膜構造では、入射角度7.8°に対してマスク上近接場エネルギーの比（Ｅ₀／Ｅ_n）は0.71であるのに対し、厚さ28nmのＮｉ吸収膜では0.87に顕著に改善されることがわかる。

なお、上述した実施例１〜４では、露光光がマスク上に垂直に入射する場合のマスク近接場エネルギーを基準とする例を示したが、基準とするマスク近接場エネルギーは、必ずしも垂直入射する場合のものではなく、垂直入射とみなせる角度で入射した場合のものであってもよい。例えば、図１０において、露光光がマスク上に垂直に入射する場合のマスク近接場エネルギーと比較して、該エネルギーの低下が顕著ではない入射角５°以下におけるマスク近接場エネルギーを基準としてもよい。

本発明に係るマスクパターン補正方法の手順の一例を示すフローチャートである。 ウエハ上光強度と吸収膜表面からの距離との関係の一具体例を示す説明図である。 吸収膜の許容膜厚と露光光の許容入射角度との関係を説明するためのマスク構造の例を示す模式図である。 吸収膜の許容膜厚と露光光の許容入射角度との関係を説明するためのマスクパターンの例を示す模式図である。 図３のマスク構造および図４のマスクパターンを具備する露光用マスクを用いて、露光して得られた結果の具体例を示す説明図であり、各入射角度における吸収膜膜厚とウエハ上ライン幅との関係を説明するための図である。 表面反射率のコントラストと吸収膜の膜厚との関係の具体例を示す説明図であり、反射率コントラスト１％以下を得るための吸収膜膜厚条件を説明する図である。 ライン幅許容量およびコントラスト値の両方を満足するための条件の具体例を示す説明図であり、ライン幅±５％を許容する最大許容膜厚と反射率コントラスト１％以下とを両立させるための許容領域を説明する図である。 マスク上光強度分布の特定結果の具体例を示す説明図であり、マスク上光強度分布を基にマスク上近接場エネルギーを求める過程を説明する図である。 マスク上における近接場エネルギーの比とウエハ上ライン幅との関係の具体例を示す説明図である。 マスク上近接場エネルギーを入射角度０°（垂直入射）の場合と相対比較した具体例を示す説明図である。 補正対象となる露光用マスクのマスク構造の構成例を示す模式図である。 図１１の露光用マスクを用いて、露光光がマスク上に垂直入射する場合のマスク上近接場エネルギーに対する、露光光が斜めに入射する場合のマスク上近接場エネルギーの相対量の具体例を、補正回数とともに示す説明図である。 図１１の露光用マスクを用いて、補正回数毎にマスク上の近接場光強度が補正されていく過程、および、補正回数毎にウエハ上の光強度分布が補正されていく過程の具体例を示す説明図であり、図４の密パターンについて示す図である。 図１１の露光用マスクを用いて、補正回数毎にマスク上の近接場光強度が補正されていく過程、および、補正回数毎にウエハ上の光強度分布が補正されていく過程の具体例を示す説明図であり、図４の疎パターンについて示す図である。 補正前後におけるウエハ上ライン幅の具体例を、露光光がマスク上に垂直に入射する場合と比較して示す説明図であり、入射角7.8°においてマスク上ピッチ352nmでウエハ上22nmのライン幅を得る露光量を用いた場合におけるマスク上ピッチ176nmでウエハ上のライン幅を補正前後で比較した図である。 補正対象とした４倍マスク上パターンの設計レイアウトの例を示す説明図である。 図１６のパターンを補正するためのモデルベース補正に用いたモデルパターンの一例を示す説明図である。 図１７のモデルパターンについて、マスク上露光光の入射角7.6°の条件に対して補正した結果を示す説明図である。 図１８の補正結果を用いてマスク補正した後のマスク上図形と、そのマスク上図形を露光して得られた結果であるウエハ上転写像との具体例を示す説明図である。 本発明に依らない補正結果の一例を示す説明図であり、マスク上図形およびウエハ上転写像の具体例を示す図である。 図１６のパターン中心線に沿った、マスク上近接場光強度分布およびウエハ上光強度分布の具体例を示す説明図である。 図１６のパターンに対してマスク上入射角度7.6°におけるマスク上近接場エネルギーを入射角度０°（垂直入射）の近接場エネルギーに略一致させることで得た図１９のマスク上図形を用いて、ＮＡ＝0.25およびσ＝0.70（プロセスファクターｋ１＝0.4）の露光光学条件で露光した場合のマスク上図形およびウエハ上転写像の形状の例を示す説明図である。 図２２のウエハ上転写像を得た後、従来手法によりマスク上入射角度7.6°の条件で補正を行った後のマスク上図形およびウエハ上転写像の具体例を示す図である。 図１６のパターンを用いて、マスク上入射角度０°においてマスク図形をＯＰＣし、ＮＡ＝0.25およびσ＝0.70（プロセスファクターｋ１＝0.4）の露光光学条件で露光した場合のマスク上図形およびウエハ上転写像の形状の例を示す説明図である。 図１６のパターンに対してマスク上入射角度０°、ＮＡ＝0.25およびσ＝0.70（プロセスファクターｋ１＝0.4）によるＯＰＣの後、マスク上に露光光が7.6°の入射角度を持って斜めに入射する場合のマスク上近接場エネルギーを入射角度０°（垂直入射）の近接場エネルギーに略一致させることにより得た、マスク上補正パターンおよびウエハ上転写結果の具体例を示す説明図である。 補正対象とした４倍マスク上パターンの設計レイアウトの別の例を示す説明図である。 図２６のパターンを補正するためのモデルベース補正に用いたモデルパターンの一例を示す説明図である。 図２７のモデルパターンについて、ＮＡ＝0.30およびσ＝0.90の露光光学条件を用いてマスク上露光光の入射角7.8°の条件に対して補正した結果を示す説明図である。 図２８の補正結果を用いてマスク補正した後のマスク上図形と、そのマスク上図形を露光して得られた結果であるウエハ上転写像との具体例を示す説明図である。 さらに突合せ部分のウエハ上転写像における形状忠実度が良くなるように、補正を施したマスク上パターンとウエハ上転写像の具体例を示す説明図である。 補正対象としたホールパターンの例を示す説明図である。 図３１のホールパターンを露光して得られるウエハ上光強度分布の具体例を示す説明図である。 図３１のホールパターンに対してマスク上露光光の入射角8.8°の条件で補正を繰り返した工程毎における、マスク上近接場エネルギーの比（Ｅ₀／Ｅ_n）、マスク上パターンのホールの面積およびマスク上パターンのホール幅の具体例を示す説明図である。 消衰係数の違いによる近接場エネルギーの比較結果の具体例を示す説明図（その１）であり、Ｎｉ28nm（ｋ＝0.0727）から構成される露光用マスクと、ＴａＮ76nm（ｋ＝0.032）／ＳｉＯ₂30nm（ｋ＝0.011）（合成消衰係数0.026）から構成される露光用マスクを用いた場合における、マスク上入射角度8.8°でのマスク上近接場エネルギーの損失を回復させる工程において、それぞれの露光用マスクについての近接場エネルギーの相対比を表す図である。 消衰係数の違いによる近接場エネルギーの比較結果の具体例を示す説明図（その２）であり、Ｎｉ28nm（ｋ＝0.0727）から構成される露光用マスクと、ＴａＮ76nm（ｋ＝0.032）／ＳｉＯ₂30nm（ｋ＝0.011）（合成消衰係数0.026）から構成される露光用マスクを用いた場合における、マスク上入射角度8.8°でのマスク上近接場エネルギーの損失を回復させる工程において、マスク上近接場エネルギーの改善の状況を示すためのマスク上近接場光強度を示す図である。 入射光のマスク面上の射影ベクトルとパターンレイアウトとの関係の具体例を示す説明図である。

符号の説明

１…ガラス基板、２…マスクブランクス膜、３…吸収膜、４…バッファ膜

Claims (10)

1. 極短紫外光の反射作用を有するマスクブランクス膜と、当該マスクブランクス膜上にパターニングされて前記極短紫外光を吸収する吸収膜とを備えてなり、マスク面上に斜め入射する前記極短紫外光を反射することで前記吸収膜によって形成されるマスクパターンに応じた形状の転写像をウエハ上へ露光転写する露光用マスクについてのマスクパターン補正方法であって、
   前記極短紫外光がマスク面上に垂直入射した場合または垂直入射とみなせる角度で入射した場合に当該極短紫外光を反射して得られる光のエネルギーＥ₀を求める工程と、
   前記斜め入射の角度で前記極短紫外光がマスク面上に入射した場合に当該極短紫外光を反射して得られる光のエネルギーＥ₁を求める工程と、
   前記エネルギーＥ ₁ が前記エネルギーＥ ₀ と略同等となるように前記マスクパターンに対する補正を行う工程と
   を含むことを特徴とするマスクパターン補正方法。
2. 前記エネルギーＥ₀および／または前記エネルギーＥ₁は、前記極短紫外光を反射して得られる近接場光のエネルギーである
   ことを特徴とする請求項１記載のマスクパターン補正方法。
3. 前記エネルギーＥ₀および／または前記エネルギーＥ₁は、前記吸収膜表面からの距離が前記極短紫外光の波長の２倍以下の範囲で得た光のエネルギーである
   ことを特徴とする請求項１記載のマスクパターン補正方法。
4. 前記マスクパターンに対する補正を行う工程では、前記エネルギーＥ₁が前記エネルギーＥ₀と略同等となるように、前記マスクパターンにおけるパターン寸法またはパターン位置の少なくとも一方を補正することを特徴とする請求項１記載のマスクパターン補正方法。
5. 前記マスクパターンに対する補正を行う工程では、前記エネルギーＥ₁が前記エネルギーＥ₀と略同等となるように、前記マスクパターンを構成する前記吸収膜の膜厚を補正することを特徴とする請求項１記載のマスクパターン補正方法。
6. 前記マスクパターンに対する補正を行う工程では、前記エネルギーＥ₁が前記エネルギーＥ₀と略同等となるように、前記マスクパターンを構成する前記吸収膜の形成材料を選択することを特徴とする請求項１記載のマスクパターン補正方法。
7. 前記エネルギーＥ₀を求める工程に先立ち、前記マスクパターンに対して光近接効果補正を行う工程
   を含むことを特徴とする請求項１記載のマスクパターン補正方法。
8. 前記エネルギーＥ₀と前記エネルギーＥ₁とのいずれか一方または両方をシミュレーションで求めることを特徴とする請求項１記載のマスクパターン補正方法。
9. 極短紫外光の反射作用を有するマスクブランクス膜と、当該マスクブランクス膜上にパターニングされて前記極短紫外光を吸収する吸収膜とを備えてなり、マスク面上に斜め入射する前記極短紫外光を反射することで前記吸収膜によって形成されるマスクパターンに応じた形状の転写像をウエハ上へ露光転写する露光用マスクであって、
   前記極短紫外光がマスク面上に垂直入射した場合または垂直入射とみなせる角度で入射した場合に当該極短紫外光を反射して得られる光のエネルギーＥ₀を求める工程と、
   前記斜め入射の角度で前記極短紫外光がマスク面上に入射した場合に当該極短紫外光を反射して得られる光のエネルギーＥ₁を求める工程と、
   前記エネルギーＥ ₁ が前記エネルギーＥ ₀ と略同等となるように前記マスクパターンに対する補正を行う工程と
   を経て得られたことを特徴とする露光用マスク。
10. 極短紫外光の反射作用を有するマスクブランクス膜と、当該マスクブランクス膜上にパターニングされて前記極短紫外光を吸収する吸収膜とを備えてなり、マスク面上に斜め入射する前記極短紫外光を反射することで前記吸収膜によって形成されるマスクパターンに応じた形状の転写像をウエハ上へ露光転写する露光用マスクを製造するためのマスク製造方法であって、
    前記極短紫外光がマスク面上に垂直入射した場合または垂直入射とみなせる角度で入射した場合に当該極短紫外光を反射して得られる光のエネルギーＥ₀を求める工程と、
    前記斜め入射の角度で前記極短紫外光がマスク面上に入射した場合に当該極短紫外光を反射して得られる光のエネルギーＥ₁を求める工程と、
    前記エネルギーＥ ₁ が前記エネルギーＥ ₀ と略同等となるように前記マスクパターンに対する補正を行う工程と
    を含むことを特徴とするマスク製造方法。

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