Nothing Special   »   [go: up one dir, main page]

JP2006216639A - Method for designing light source intensity distribution, aligner, exposure method, and method for manufatcuring semiconductor device - Google Patents

Method for designing light source intensity distribution, aligner, exposure method, and method for manufatcuring semiconductor device Download PDF

Info

Publication number
JP2006216639A
JP2006216639A JP2005025978A JP2005025978A JP2006216639A JP 2006216639 A JP2006216639 A JP 2006216639A JP 2005025978 A JP2005025978 A JP 2005025978A JP 2005025978 A JP2005025978 A JP 2005025978A JP 2006216639 A JP2006216639 A JP 2006216639A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
light source
exposure
light
intensity distribution
exposure mask
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
JP2005025978A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Ken Ozawa
謙 小澤
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Sony Corp
Original Assignee
Sony Corp
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Sony Corp filed Critical Sony Corp
Priority to JP2005025978A priority Critical patent/JP2006216639A/en
Publication of JP2006216639A publication Critical patent/JP2006216639A/en
Pending legal-status Critical Current

Links

Images

Landscapes

  • Exposure And Positioning Against Photoresist Photosensitive Materials (AREA)
  • Exposure Of Semiconductors, Excluding Electron Or Ion Beam Exposure (AREA)

Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a method for setting light intensity distribution by which the optimized intensity distribution of exposure light is set to demonstrate the maximum performance even at a through pitch. <P>SOLUTION: The method for setting light intensity distribution is comprised of the steps to diffract lights emitted from an exposure light source that are supposed to be emitted from four point light sources located at the specified positions, by a pattern having Q kinds of specified pitches P<SB>q</SB>formed on an exposure mask, to obtain light intensity distribution by calculation when the images are formed, to calculate a value S<SB>q</SB>as an NILS value from the obtained light intensity distribution, to calculate a map of an average value S<SB>OPT</SB>of a sum of products of weight rates WT<SB>q</SB>and values S<SB>q</SB>set at the respective pitches P<SB>q</SB>, and to design the light source intensity distribution to the angle of lights which are emitted from the exposure light sources so that the map of the average value S<SB>OPT</SB>can be obtained and enter the exposure mask. <P>COPYRIGHT: (C)2006,JPO&NCIPI

Description

本発明は、半導体装置の製造過程におけるリソグラフィ工程において用いられ、露光用マスクに形成されたパターンを基体に塗布形成されたフォトレジスト層に転写するための露光光源から射出され、露光用マスクへ入射する光の角度に対する光源強度分布設計方法、係る光源強度分布設計方法を適用した露光装置、更には、露光方法、及び、半導体装置の製造方法に関する。   The present invention is used in a lithography process in the manufacturing process of a semiconductor device, and is emitted from an exposure light source for transferring a pattern formed on an exposure mask to a photoresist layer formed on a substrate, and enters the exposure mask. The present invention relates to a light source intensity distribution design method for an angle of light to be emitted, an exposure apparatus to which the light source intensity distribution design method is applied, an exposure method, and a method for manufacturing a semiconductor device.

半導体装置の製造プロセスにおけるリソグラフィ工程には、半導体デバイスパターンの微細化に伴い、露光光の波長から決定される解像限界を超えた高解像度が要求されている。尚、以下の説明において、露光光源から射出され、露光用マスクに入射する光を照明光と呼び、露光用マスクを通過し、基体に塗布形成されたフォトレジスト層に入射し、フォトレジスト層を露光する光を露光光と呼ぶ場合がある。近年、露光光の波長以下の微細パターンを形成するための超解像技術として、渋谷−レベンソン型位相シフトマスク(渋谷真人:特開昭57−62052、M.D.Levenson et al:IEEE Trans.Electron Device、ED−29、p1828(1982))の適用、斜入射照明(例えば、K.Matsumoto and T.Tsuruta:Optical Engineering、31,p2657(1992))適用等が検討されている。ここで、前者は、特殊な露光用マスクによって、露光用マスクに形成された転写すべきパターンを通過した露光光の光強度のみならず、露光光の位相情報をも制御することにより、解像性、焦点深度(DOF)を向上させる技術である。後者にあっては、使用する露光用マスクとして、通常のバイナリマスク、又は、ハーフトーン型位相シフトマスクを用いるが、露光光源から射出され、露光用マスクに入射する照明光(以下、このような照明光を、有効光源と呼ぶ場合がある)の角度に対する光源強度分布(以下、このような光源強度分布を、有効光源の形状と呼ぶ場合がある)を、輪帯、45度方位の4象限に局所的に強度を有する4重極照明、0度、90度、180度、270度の方位に局所的に強度を有する4重極照明(クロスポール照明とも呼ばれる)等に形成して、露光用マスクを斜入射照明し、フォトレジスト層における結像を2光束干渉に近づけることにより、解像性、焦点深度(DOF)を向上させる技術である。これらの超解像技術のうち、幾つかは半導体装置の量産プロセスとして適用されている。   In the lithography process in the manufacturing process of a semiconductor device, with the miniaturization of a semiconductor device pattern, high resolution exceeding the resolution limit determined from the wavelength of exposure light is required. In the following description, the light emitted from the exposure light source and incident on the exposure mask is referred to as illumination light, passes through the exposure mask, enters the photoresist layer applied and formed on the substrate, and the photoresist layer is The exposure light may be referred to as exposure light. In recent years, as a super-resolution technique for forming a fine pattern below the wavelength of exposure light, a Shibuya-Levenson type phase shift mask (Shibuya Masato: JP 57-62052, MD Levenson et al: IEEE Trans. Application of Electron Device, ED-29, p1828 (1982), oblique incidence illumination (for example, K. Matsumoto and T. Tsuruta: Optical Engineering, 31, p2657 (1992)) and the like are being studied. Here, the former is resolved by controlling not only the light intensity of the exposure light that has passed through the pattern to be transferred formed on the exposure mask but also the phase information of the exposure light by a special exposure mask. This is a technique for improving the property and depth of focus (DOF). In the latter case, an ordinary binary mask or a halftone phase shift mask is used as an exposure mask to be used. However, illumination light emitted from an exposure light source and incident on the exposure mask (hereinafter referred to as such) Illumination light intensity distribution with respect to the angle of the illumination light (sometimes referred to as an effective light source) (hereinafter, such light source intensity distribution may be referred to as the effective light source shape) To form a quadrupole illumination with locally intensified, quadrupole illumination (also called cross-pole illumination) having locally intensities in the directions of 0, 90, 180, and 270 degrees. This is a technique for improving resolution and depth of focus (DOF) by illuminating the mask for oblique incidence and bringing the image formation on the photoresist layer close to two-beam interference. Some of these super-resolution techniques are applied as mass production processes for semiconductor devices.

ところで、渋谷−レベンソン型位相シフトマスクは、特殊な露光用マスクであり、露光用マスク製造上の技術的困難さに加えて、高コストであるといった問題点を有する。一方、斜入射照明においては、特殊な露光用マスクを用いる必要はないが、基本的には特定のピッチを有するパターンに対してのみ有効であり、それ以外のピッチを有するパターン、例えば孤立パターン等にとっては、通常の円形照明より、解像性、焦点深度が劣る場合がある。そのため、露光用マスクにおいてパターン全体で見たときの共通プロセス・マージンに関しては、殆ど改善効果がないか、逆に、劣化するような結果にもなり、特に、ロジック系デバイス等においては積極的に量産プロセスに適用されていないのが現状である。   By the way, the Shibuya-Levenson type phase shift mask is a special exposure mask, and has a problem that it is expensive in addition to technical difficulties in manufacturing the exposure mask. On the other hand, in oblique incidence illumination, it is not necessary to use a special exposure mask, but it is basically effective only for patterns having a specific pitch, and patterns having other pitches, such as isolated patterns, etc. For this, resolution and depth of focus may be inferior to those of ordinary circular illumination. For this reason, there is almost no improvement effect with respect to the common process margin when viewed from the entire pattern in the exposure mask, or conversely, it results in deterioration, especially in logic devices. The current situation is not applied to the mass production process.

ところで、特許第3458549号に提示されているように、有効光源の中央部から射出される光の強度を、有効光源の周辺部から射出される光の強度に対して、所定量、低減させた有効光源の形状に基づき、前述のパターンのピッチ依存性を緩和することが可能である。   Incidentally, as presented in Japanese Patent No. 3458549, the intensity of light emitted from the central portion of the effective light source is reduced by a predetermined amount with respect to the intensity of light emitted from the peripheral portion of the effective light source. Based on the shape of the effective light source, it is possible to reduce the pitch dependency of the pattern.

特開昭57−62052JP-A 57-62052 特許第3458549号Japanese Patent No. 3458549 特開2001−242414JP 2001-242414 A 特開2001−230180JP 2001-230180 A M.D.Levenson et al:IEEE Trans.Electron Device、ED−29、p1828(1982)M.M. D. Levenson et al: IEEE Trans. Electron Device, ED-29, p1828 (1982). K.Matsumoto and T.Tsuruta:Optical Engineering、31,p2657(1992)K. Matsumoto and T.M. Tsuruta: Optical Engineering, 31, p2657 (1992).

この特許第3458549号に開示された技術においては、デンスピッチ(密なピッチ)を有するパターンと孤立パターンとに対して両立した結像特性を得ることが可能である。具体的な有効光源の形状として、図12に示すような、45度方位の4重極照明であって、中央部と周辺にあっては減衰した光源強度分布を有する有効光源の形状が提唱されている。   In the technique disclosed in Japanese Patent No. 3458549, it is possible to obtain imaging characteristics compatible with a pattern having a dense pitch (dense pitch) and an isolated pattern. As a specific effective light source shape, a quadrupole illumination of 45 degrees orientation as shown in FIG. 12, and an effective light source shape having an attenuated light source intensity distribution at the center and the periphery is proposed. ing.

特許第3458549号における有効光源の形状は、図13に示すように、露光光源から射出されたエキシマレーザビームを4つのビームB1,B2,B3,B4に分割し、ハエの目(フライ・アイ)レンズの入射面で重ね合わせるような照明光学系システムを前提にしており、その形状が容易に形成できる有効光源である。しかしながら、図12に示す有効光源の形状は、或るピッチを有する露光用マスクにおいては未だ結像性能において不要な部分が必要以上の強度を有しており、スルーピッチを有する露光用マスク(デンスピッチから孤立パターンまでの種々のピッチを有する露光用マスク)において最大性能を引き出す有効光源の光強度分布(有効光源の形状)とはなっていない。また、有効光源の光強度分布(有効光源の形状)に関する定量的な設計方法に関しては、具体的、且つ、詳細には開示されていない。   As shown in FIG. 13, the shape of an effective light source in Japanese Patent No. 3458549 is obtained by dividing an excimer laser beam emitted from an exposure light source into four beams B1, B2, B3, and B4, and fly eyes (fly eyes). It is an effective light source that can be easily formed with an illumination optical system that is superposed on the entrance surface of the lens. However, the shape of the effective light source shown in FIG. 12 is such that an exposure mask having a certain pitch still has unnecessary intensity in the imaging performance, and an exposure mask having a through pitch (dense pitch). The light intensity distribution of the effective light source (the shape of the effective light source) that draws the maximum performance in the exposure mask having various pitches from to the isolated pattern is not obtained. In addition, a quantitative design method relating to the light intensity distribution (effective light source shape) of the effective light source is not disclosed specifically and in detail.

従って、本発明の目的は、スルーピッチにおいても最大性能を引き出し得る、最適化された有効光源の光強度分布(有効光源の形状)を設計するための光源強度分布設計方法、並びに、係る光源強度分布設計方法を適用した露光装置、露光方法、及び、半導体装置の製造方法を提供することにある。   Accordingly, an object of the present invention is to provide a light source intensity distribution design method for designing a light intensity distribution (effective light source shape) of an optimized effective light source that can draw out the maximum performance even at a through pitch, and the light source intensity concerned. An object of the present invention is to provide an exposure apparatus, an exposure method, and a semiconductor device manufacturing method to which a distribution design method is applied.

上記の目的を達成するための本発明の光源強度分布設計方法は、半導体装置の製造過程におけるリソグラフィ工程において用いられ、露光用マスクに形成されたパターンを基体に塗布形成されたフォトレジスト層に転写するための露光光源から射出され、露光用マスクへ入射する光の角度に対する光源強度分布設計方法であって、
(A)露光光源から射出される光において、等価光源面の瞳座標における4点(i・ΔX,j・ΔY),(−i・ΔX,j・ΔY),(−i・ΔX,−j・ΔY),(i・ΔX,−j・ΔY)[但し、i=0,1,2・・・I、j=0,1,2・・・・Jであり、ΔX・I=σ、ΔY・J=σであり、σは光源の大きさを示し、1以下の正の実数である]に位置する点光源のそれぞれから射出されると想定した光が、露光用マスクに形成されたQ種類の所定のピッチPq(q=1,2・・・Q)を有するパターンにて回折され、フォトレジスト層において結像したときの光強度分布をピッチ毎に計算により求め、該光強度分布から規格化像光強度対数勾配値(NILS値,Normalized Image Log Slope 値)又はコントラスト値である値Sq(i・ΔX,j・ΔY)をi=0〜I、j=0〜Jについて算出し、
(B)各ピッチPqにおいて設定された重率WTqに基づき、以下の式(1)から、重率平均した値SOPT(i・ΔX,j・ΔY)を算出し、
(C)値SOPT(i・ΔX,j・ΔY)なる相対光強度分布が得られるように、露光光源から射出され、露光用マスクへ入射する光の角度に対する光源強度分布を設計する、
工程から成ることを特徴とする。

Figure 2006216639
The light source intensity distribution design method of the present invention for achieving the above object is used in a lithography process in a manufacturing process of a semiconductor device, and a pattern formed on an exposure mask is transferred to a photoresist layer formed on a substrate. A light source intensity distribution design method for an angle of light emitted from an exposure light source and incident on an exposure mask,
(A) In light emitted from the exposure light source, four points (i · ΔX, j · ΔY), (−i · ΔX, j · ΔY), (−i · ΔX, −j) in the pupil coordinates of the equivalent light source surface ΔY), (i · ΔX, −j · ΔY) [where i = 0, 1, 2,... I, j = 0, 1, 2,... J, ΔX · I = σ, ΔY · J = σ, where σ indicates the size of the light source, and light that is assumed to be emitted from each of the point light sources located at 1 or less is formed on the exposure mask. A light intensity distribution is calculated for each pitch when diffracted by a pattern having Q kinds of predetermined pitches P q (q = 1, 2,... Q) and imaged on the photoresist layer. normalized image intensity log slope value from the distribution (NILS value, normalized image Log slope value) or a value S q (i · ΔX is the contrast value, j · [Delta] Y To calculate the i = 0~I, for j = 0~J,
(B) Based on the weight ratio WT q set at each pitch P q , the weight average value S OPT (i · ΔX, j · ΔY) is calculated from the following equation (1):
(C) Design a light source intensity distribution with respect to the angle of light emitted from the exposure light source and incident on the exposure mask so that a relative light intensity distribution of value S OPT (i · ΔX, j · ΔY) is obtained.
It consists of a process.
Figure 2006216639

上記の目的を達成するための本発明の露光装置は、半導体装置の製造過程におけるリソグラフィ工程において用いられ、露光用マスクに形成されたパターンを基体に塗布形成されたフォトレジスト層に転写するための露光光源、及び、回折光学素子を有する露光装置であって、
(A)露光光源から射出される光において、等価光源面の瞳座標における4点(i・ΔX,j・ΔY),(−i・ΔX,j・ΔY),(−i・ΔX,−j・ΔY),(i・ΔX,−j・ΔY)[但し、i=0,1,2・・・I、j=0,1,2・・・・Jであり、ΔX・I=σ、ΔY・J=σであり、σは光源の大きさを示し、1以下の正の実数である]に位置する点光源のそれぞれから射出されると想定した光が、露光用マスクに形成されたQ種類の所定のピッチPq(q=1,2・・・Q)を有するパターンにて回折され、フォトレジスト層において結像したときの光強度分布をピッチ毎に計算により求め、該光強度分布から規格化像光強度対数勾配値(NILS値)又はコントラスト値である値Sq(i・ΔX,j・ΔY)をi=0〜I、j=0〜Jについて算出し、
(B)各ピッチPqにおいて設定された重率WTqに基づき、以下の式(1)から、重率平均した値SOPT(i・ΔX,j・ΔY)を算出し、
(C)値SOPT(i・ΔX,j・ΔY)なる相対光強度分布が得られるように、露光光源から射出され、露光用マスクへ入射する光の角度に対する光源強度分布を設計する、
工程から成る光源強度分布設計方法に基づき設定される、露光光源から射出され、露光用マスクへ入射する光の角度に対する光源強度分布を、露光光源と露光用マスクとの間に配置された回折光学素子に基づき得ることを特徴とする。

Figure 2006216639
In order to achieve the above object, an exposure apparatus of the present invention is used in a lithography process in a manufacturing process of a semiconductor device, and transfers a pattern formed on an exposure mask to a photoresist layer formed on a substrate. An exposure apparatus having an exposure light source and a diffractive optical element,
(A) In light emitted from the exposure light source, four points (i · ΔX, j · ΔY), (−i · ΔX, j · ΔY), (−i · ΔX, −j) in the pupil coordinates of the equivalent light source surface ΔY), (i · ΔX, −j · ΔY) [where i = 0, 1, 2,... I, j = 0, 1, 2,... J, ΔX · I = σ, ΔY · J = σ, where σ indicates the size of the light source, and light that is assumed to be emitted from each of the point light sources located at 1 or less is formed on the exposure mask. A light intensity distribution is calculated for each pitch when diffracted by a pattern having Q kinds of predetermined pitches P q (q = 1, 2,... Q) and imaged on the photoresist layer. normalized image intensity log slope value from the distribution (NILS value) or a value S q (i · ΔX, j · ΔY) is the contrast value i = 0~I, j = 0 Calculated for J,
(B) Based on the weight ratio WT q set at each pitch P q , the weight average value S OPT (i · ΔX, j · ΔY) is calculated from the following equation (1):
(C) Design a light source intensity distribution with respect to the angle of light emitted from the exposure light source and incident on the exposure mask so that a relative light intensity distribution of value S OPT (i · ΔX, j · ΔY) is obtained.
Diffraction optics arranged between the exposure light source and the exposure mask, the light source intensity distribution with respect to the angle of the light emitted from the exposure light source and incident on the exposure mask, which is set based on the light source intensity distribution design method comprising the steps It can be based on an element.
Figure 2006216639

上記の目的を達成するための本発明の露光方法は、半導体装置の製造過程におけるリソグラフィ工程において用いられ、露光光源から射出された光を露光用マスクに照射し、該露光用マスクに形成されたパターンを基体に塗布形成されたフォトレジスト層に転写する露光方法であって、
露光光源から射出され、露光用マスクへ入射する光の角度に対する光源強度分布を、
(A)露光光源から射出される光において、等価光源面の瞳座標における4点(i・ΔX,j・ΔY),(−i・ΔX,j・ΔY),(−i・ΔX,−j・ΔY),(i・ΔX,−j・ΔY)[但し、i=0,1,2・・・I、j=0,1,2・・・・Jであり、ΔX・I=σ、ΔY・J=σであり、σは光源の大きさを示し、1以下の正の実数である]に位置する点光源のそれぞれから射出されると想定した光が、露光用マスクに形成されたQ種類の所定のピッチPq(q=1,2・・・Q)を有するパターンにて回折され、フォトレジスト層において結像したときの光強度分布をピッチ毎に計算により求め、該光強度分布から規格化像光強度対数勾配値(NILS値)又はコントラスト値である値Sq(i・ΔX,j・ΔY)をi=0〜I、j=0〜Jについて算出し、
(B)各ピッチPqにおいて設定された重率WTqに基づき、以下の式(1)から、重率平均した値SOPT(i・ΔX,j・ΔY)を算出し、
(C)値SOPT(i・ΔX,j・ΔY)なる相対光強度分布が得られるように、露光光源から射出され、露光用マスクへ入射する光の角度に対する光源強度分布を設計する、
工程から成る光源強度分布設計方法に基づき設定することを特徴とする。

Figure 2006216639
An exposure method of the present invention for achieving the above object is used in a lithography process in a manufacturing process of a semiconductor device, and is formed on the exposure mask by irradiating the exposure mask with light emitted from an exposure light source. An exposure method for transferring a pattern to a photoresist layer formed on a substrate,
The light source intensity distribution with respect to the angle of light emitted from the exposure light source and incident on the exposure mask,
(A) In light emitted from the exposure light source, four points (i · ΔX, j · ΔY), (−i · ΔX, j · ΔY), (−i · ΔX, −j) in the pupil coordinates of the equivalent light source surface ΔY), (i · ΔX, −j · ΔY) [where i = 0, 1, 2,... I, j = 0, 1, 2,... J, ΔX · I = σ, ΔY · J = σ, where σ indicates the size of the light source, and light that is assumed to be emitted from each of the point light sources located at 1 or less is formed on the exposure mask. A light intensity distribution is calculated for each pitch when diffracted by a pattern having Q kinds of predetermined pitches P q (q = 1, 2,... Q) and imaged on the photoresist layer. normalized image intensity log slope value from the distribution (NILS value) or a value S q (i · ΔX, j · ΔY) is the contrast value i = 0~I, j = 0 Calculated for J,
(B) Based on the weight ratio WT q set at each pitch P q , the weight average value S OPT (i · ΔX, j · ΔY) is calculated from the following equation (1):
(C) Design a light source intensity distribution with respect to the angle of light emitted from the exposure light source and incident on the exposure mask so that a relative light intensity distribution of value S OPT (i · ΔX, j · ΔY) is obtained.
It is set based on the light source intensity distribution design method which consists of a process.
Figure 2006216639

上記の目的を達成するための本発明の半導体装置の製造方法は、露光光源から射出された光を露光用マスクに照射し、該露光用マスクに形成されたパターンを基体に塗布形成されたフォトレジスト層に転写し、該フォトレジスト層を現像して得られたエッチング用マスクを用いて基体をエッチングする工程を含む半導体装置の製造方法であって、
露光光源から射出され、露光用マスクへ入射する光の角度に対する光源強度分布を、
(A)露光光源から射出される光において、等価光源面の瞳座標における4点(i・ΔX,j・ΔY),(−i・ΔX,j・ΔY),(−i・ΔX,−j・ΔY),(i・ΔX,−j・ΔY)[但し、i=0,1,2・・・I、j=0,1,2・・・・Jであり、ΔX・I=σ、ΔY・J=σであり、σは光源の大きさを示し、1以下の正の実数である]に位置する点光源のそれぞれから射出されると想定した光が、露光用マスクに形成されたQ種類の所定のピッチPq(q=1,2・・・Q)を有するパターンにて回折され、フォトレジスト層において結像したときの光強度分布をピッチ毎に計算により求め、該光強度分布から規格化像光強度対数勾配値(NILS値)又はコントラスト値である値Sq(i・ΔX,j・ΔY)をi=0〜I、j=0〜Jについて算出し、
(B)各ピッチPqにおいて設定された重率WTqに基づき、以下の式(1)から、重率平均した値SOPT(i・ΔX,j・ΔY)を算出し、
(C)値SOPT(i・ΔX,j・ΔY)なる相対光強度分布が得られるように、露光光源から射出され、露光用マスクへ入射する光の角度に対する光源強度分布を設計する、
工程から成る光源強度分布設計方法に基づき設定することを特徴とする。

Figure 2006216639
In order to achieve the above object, a method of manufacturing a semiconductor device according to the present invention comprises: irradiating an exposure mask with light emitted from an exposure light source; and applying a pattern formed on the exposure mask to a substrate. A method of manufacturing a semiconductor device, including a step of etching a substrate using an etching mask obtained by transferring to a resist layer and developing the photoresist layer,
The light source intensity distribution with respect to the angle of light emitted from the exposure light source and incident on the exposure mask,
(A) In light emitted from the exposure light source, four points (i · ΔX, j · ΔY), (−i · ΔX, j · ΔY), (−i · ΔX, −j) in the pupil coordinates of the equivalent light source surface ΔY), (i · ΔX, −j · ΔY) [where i = 0, 1, 2,... I, j = 0, 1, 2,... J, ΔX · I = σ, ΔY · J = σ, where σ indicates the size of the light source, and light that is assumed to be emitted from each of the point light sources located at 1 or less is formed on the exposure mask. A light intensity distribution is calculated for each pitch when diffracted by a pattern having Q kinds of predetermined pitches P q (q = 1, 2,... Q) and imaged on the photoresist layer. normalized image intensity log slope value from the distribution (NILS value) or a value S q (i · ΔX, j · ΔY) is the contrast value i = 0~I, j = 0 Calculated for J,
(B) Based on the weight ratio WT q set at each pitch P q , the weight average value S OPT (i · ΔX, j · ΔY) is calculated from the following equation (1):
(C) Design a light source intensity distribution with respect to the angle of light emitted from the exposure light source and incident on the exposure mask so that a relative light intensity distribution of value S OPT (i · ΔX, j · ΔY) is obtained.
It is set based on the light source intensity distribution design method which consists of a process.
Figure 2006216639

本発明の光源強度分布設計方法、露光装置、あるいは、露光方法にあっては、露光光源から射出され、露光用マスクへ入射する光(以下、このような光を、照明光と呼び、あるいは又、有効光源と呼ぶ場合がある)の角度に対する光源強度分布(以下、このような照明光の角度に対する光源強度分布を、有効光源の形状と呼ぶ場合がある)を、露光光源と露光用マスクとの間に配置された回折光学素子に基づき得ることが、構成の簡素化、光量ロスの最小化といった観点から好ましい。   In the light source intensity distribution design method, exposure apparatus, or exposure method of the present invention, light emitted from the exposure light source and incident on the exposure mask (hereinafter, such light is referred to as illumination light, or alternatively The light source intensity distribution with respect to the angle of the illumination light source (which may be referred to as an effective light source) (hereinafter, the light source intensity distribution with respect to the angle of the illumination light may be referred to as the shape of the effective light source) It is preferable to be able to obtain it based on the diffractive optical element disposed between them from the viewpoints of simplifying the configuration and minimizing the light loss.

また、本発明の光源強度分布設計方法、露光装置、露光方法、あるいは、半導体装置の製造方法(以下、これらを総称して、単に、本発明と呼ぶ場合がある)にあっては、前記工程(C)に引き続き、
(D)設定された光の角度に対する光源強度分布に基づき、露光用マスクに形成されたQ種類の所定のピッチPq(q=1,2・・・Q)を有するパターンを基体に塗布形成されたフォトレジスト層に転写したときのプロセス・マージンを算出し、
(E)全てのピッチPq(q=1,2・・・Q)において、算出されたプロセス・マージンが所定のプロセス・マージンを満足しているか否かを評価する、
工程を更に含み、
全てのピッチPq(q=1,2・・・Q)において、算出されたプロセス・マージンが所定のプロセス・マージンを満足していない場合、前記工程(B)においてピッチPqにおける重率WTqを変更して、前記工程(B)、前記工程(C)、該工程(D)、及び、該工程(E)を、全てのピッチPq(q=1,2・・・Q)において、算出されたプロセス・マージンが所定のプロセス・マージンを満足する迄、繰り返すことが望ましい。
Further, in the light source intensity distribution design method, exposure apparatus, exposure method, or semiconductor device manufacturing method of the present invention (hereinafter, these may be collectively referred to as the present invention), the above steps Following (C),
(D) Based on the light source intensity distribution with respect to the set light angle, a pattern having Q types of predetermined pitches P q (q = 1, 2... Q) formed on the exposure mask is applied and formed on the substrate. Calculate the process margin when transferred to the photoresist layer
(E) Evaluating whether or not the calculated process margin satisfies a predetermined process margin at all pitches P q (q = 1, 2,... Q)
Further comprising a step,
When the calculated process margin does not satisfy the predetermined process margin at all the pitches P q (q = 1, 2,... Q), the weight ratio WT at the pitch P q in the step (B). q is changed, and the process (B), the process (C), the process (D), and the process (E) are performed at all the pitches P q (q = 1, 2,... Q). It is desirable to repeat until the calculated process margin satisfies a predetermined process margin.

又、本発明にあっては、最適化された光源内の相対光強度分布を示す値SOPT(i・ΔX,j・ΔY)の内の最大値をMax(SOPT)としたとき、各値SOPT(i・ΔX,j・ΔY)をMax(SOPT)で除して、値SOPT(i・ΔX,j・ΔY)を規格化することが、最適化された光源内の相対光強度分布を示す値SOPT(i・ΔX,j・ΔY)の評価の簡素化といった観点から好ましい。 In the present invention, when the maximum value of the values S OPT (i · ΔX, j · ΔY) indicating the relative light intensity distribution in the optimized light source is Max (S OPT ), Dividing the value S OPT (i · ΔX, j · ΔY) by Max (S OPT ) and normalizing the value S OPT (i · ΔX, j · ΔY) is the relative in the optimized light source. This is preferable from the viewpoint of simplifying the evaluation of the value S OPT (i · ΔX, j · ΔY) indicating the light intensity distribution.

本発明において、規格化像光強度対数勾配値は、4つの点光源の各点光源が露光用マスクに形成されたパターン(マスクパターンと呼ぶ)を照明し、フォトレジスト層に結像されるときの光強度分布の和を取り、算出した光学像(以下、点光源による転写光学像と呼ぶ)の目標転写寸法のエッジ部相当箇所(X=±WD/2)における光強度の対数勾配値に、光学像の目標転写寸法幅WDを乗じた以下の式(2)で与えられる。尚、式(2)中、「I」は光強度である。このNILS値に関しては、例えば、文献 C. A. Mack, Optical Engineering, Vol. 32、No 10, pp2350-2362 (Oct 1993) 等に詳細が記載されている。NILS値は、転写光学像の急峻度を表しており、数値が高いほど、広い露光量裕度を得ることができる。   In the present invention, the normalized image light intensity logarithmic gradient value is obtained when each point light source of the four point light sources illuminates a pattern (called a mask pattern) formed on the exposure mask and forms an image on the photoresist layer. The logarithmic gradient value of the light intensity at the portion corresponding to the edge portion (X = ± WD / 2) of the target transfer dimension of the calculated optical image (hereinafter referred to as a transfer optical image by a point light source) is calculated. , Given by the following equation (2) multiplied by the target transfer dimension width WD of the optical image. In formula (2), “I” is the light intensity. Details of the NILS value are described in, for example, the document C.A. Mack, Optical Engineering, Vol. 32, No 10, pp2350-2362 (Oct 1993). The NILS value represents the steepness of the transferred optical image. The higher the numerical value, the wider the exposure tolerance.

NILS=WD・∂[ln(I)]/∂x (2) NILS = WD · ∂ [ln (I)] / ∂x (2)

また、コントラスト値(C)は、転写光学像の最大光強度、最小光強度をそれぞれIMAX,IMINとしたとき、以下の一般式(3)から求めることができる。 Further, the contrast value (C) can be obtained from the following general formula (3), where the maximum light intensity and the minimum light intensity of the transfer optical image are I MAX and I MIN , respectively.

C=(IMAX−IMIN)/(IMAX+IMIN) (3) C = (I MAX -I MIN ) / (I MAX + I MIN ) (3)

各ピッチPqにおける重率WTqの設定は、多数の光源強度分布設計方法の実行に基づく多数のデータの積み重ねから決定すればよい。ここで、半導体装置におけるパターンの重要度や、プロセス・マージンの不足が発生しているか否かに応じて、ピッチPqにおける重率WTqを独立に設定すればよい。工程(B)、工程(C)、工程(D)、及び、工程(E)を、全てのピッチPq(q=1,2・・・Q)において、算出されたプロセス・マージンが所定のプロセス・マージンを満足する迄、繰り返す場合、工程(B)においてピッチPqにおける重率WTqを変更するが、この重率WTqの変更にあっては、算出されたプロセス・マージンが所定のプロセス・マージンを満足していないピッチPqに関する重率WTqを変更することが好ましい。 The setting of the weight ratio WT q at each pitch P q may be determined from the accumulation of a large number of data based on the execution of a large number of light source intensity distribution design methods. Here, the weight ratio WT q at the pitch P q may be set independently depending on the importance of the pattern in the semiconductor device and whether or not the process margin is insufficient. Step (B), step (C), step (D), and step (E) are performed for all pitches P q (q = 1, 2. until satisfying process margins, if repeated, but changing the weight ratio WT q in the pitch P q in step (B), the in the change of the heavy rate WT q, calculated process margin of a predetermined It is preferable to change the weight ratio WT q regarding the pitch P q not satisfying the process margin.

本発明にあっては、最適化された有効光源の形状を、例えば、露光光源と露光用マスクとの間に配置された回折光学素子(DOE,Diffractive Optical Element)に基づき得るが、係る回折光学素子は、例えば、特開2001−242414等に開示された技術に基づき設計すればよい。このように回折光学素子を用いることで、任意の光強度分布を有する、即ち、グレー階調を有する有効光源を形成することができる。回折光学素子は、より具体的には、露光装置の照明光学系の瞳面(等価光源面)において最適な有効光源の形状が得られるように、露光光源と露光用マスクとの間に配置すればよく、これによって、本質的に任意の光源強度分布を有する有効光源の形状を備えた露光装置を実現することができる。   In the present invention, the shape of the optimized effective light source can be based on, for example, a diffractive optical element (DOE, Diffractive Optical Element) disposed between the exposure light source and the exposure mask. The element may be designed based on, for example, a technique disclosed in Japanese Patent Laid-Open No. 2001-242414. By using the diffractive optical element in this manner, an effective light source having an arbitrary light intensity distribution, that is, a gray gradation can be formed. More specifically, the diffractive optical element is disposed between the exposure light source and the exposure mask so that an optimum effective light source shape can be obtained on the pupil plane (equivalent light source surface) of the illumination optical system of the exposure apparatus. Thus, an exposure apparatus having an effective light source shape having an essentially arbitrary light source intensity distribution can be realized.

また、本発明にあっては、前記工程(A)において、等価光源面の瞳座標における4点(i・ΔX,j・ΔY),(−i・ΔX,j・ΔY),(−i・ΔX,−j・ΔY),(i・ΔX,−j・ΔY)に位置する点光源のそれぞれから射出されると想定した光が、露光用マスクに形成されたQ種類の所定のピッチPqを有するパターンにて回折され、ベストフォーカス面からプロセス上必要とされる焦点深度(DOF)に基づき規定される所定量だけデフォーカスしたデフォーカス面に形成する光強度分布をピッチ毎に計算により求めることが好ましい。即ち、露光光源から射出された光が等価光源面に形成する等価光源をマトリックス状の有限個の点光源に分割し、必要とされる焦点深度(DOF)から決まる所定のデフォーカス面において、所定の位置に位置する4つの点光源がマスクを照明し、形成する転写光学像の光強度分布を計算により求めることが望ましい。このように所定のデフォーカス面における転写光学像の光強度分布を求めることによって、所望の露光量裕度と焦点深度を有するプロセス・マージンを実現することができる。 In the present invention, in the step (A), four points (i · ΔX, j · ΔY), (−i · ΔX, j · ΔY), (−i · The light that is assumed to be emitted from each of the point light sources located at (ΔX, −j · ΔY) and (i · ΔX, −j · ΔY) has Q types of predetermined pitches P q formed on the exposure mask. The light intensity distribution formed on the defocused surface that is diffracted by the pattern having, and defocused from the best focus surface by a predetermined amount based on the depth of focus (DOF) required for the process is calculated for each pitch. It is preferable. That is, the equivalent light source formed on the equivalent light source surface by the light emitted from the exposure light source is divided into a finite number of point light sources in a matrix form, and a predetermined defocus surface determined from the required depth of focus (DOF) It is desirable that four point light sources positioned at the position illuminate the mask and obtain a light intensity distribution of a transfer optical image to be formed by calculation. Thus, by obtaining the light intensity distribution of the transfer optical image on a predetermined defocus surface, a process margin having a desired exposure dose tolerance and depth of focus can be realized.

本発明において、露光用マスクに形成されたQ種類の所定のピッチPqは、例えば、最密ピッチ(デンスピッチ)を有するパターン、孤立パターンを有するパターン、中程度のピッチ(セミデンスピッチ)を有するパターン等の代表的なピッチや、半導体装置の動作上、重要なピッチとすればよい。 In the present invention, the Q types of predetermined pitches P q formed on the exposure mask have, for example, a pattern having the closest density (dense pitch), a pattern having an isolated pattern, and a medium pitch (semi-dense pitch). A typical pitch such as a pattern or a pitch important for the operation of the semiconductor device may be used.

露光用マスクは、例えば、露光光に対して透明な低膨張ガラス、合成石英ガラスといった品質の管理されたガラス基板に、金属あるいは金属酸化物から成る遮光用薄層あるいは半遮光用薄層(これらの薄層は単層であってもよいし多層であってもよい)が形成されて成る。本発明において、露光用マスクとして、遮光用薄層から成るパターンが形成された通常の露光用マスク(バイナリマスク)、位相シフトマスク、半遮光用薄層から成るパターンが形成されたハーフトーン型位相シフトマスクを例示することができる。   The mask for exposure is, for example, a light-shielding thin layer or semi-light-shielding thin layer made of metal or metal oxide (such as low-expansion glass transparent to exposure light or synthetic quartz glass). The thin layer may be a single layer or a multilayer. In the present invention, as an exposure mask, a normal exposure mask (binary mask) in which a pattern made of a light shielding thin layer is formed, a phase shift mask, and a halftone phase in which a pattern made of a semi-light shielding thin layer is formed. A shift mask can be exemplified.

露光方法、あるいは、半導体装置の製造方法における基体として、半導体基板、半絶縁性基板や絶縁性基板、若しくはこれらの基板上に形成された被処理層を例示することができる。被処理層としては、具体的には、不純物がドーピングされた多結晶シリコン層;アルミニウム系合金、タングステン、銅、銀等の金属層:タングステンシリサイドやチタンシリサイド等の金属化合物層;不純物がドーピングされた多結晶シリコン層とタングステンシリサイドやチタンシリサイド等の金属化合物層の積層構造、不純物がドーピングされた多結晶シリコン層とタングステンシリサイドやチタンシリサイド等の金属化合物層と絶縁膜の積層構造;絶縁層を例示することができる。ここで、絶縁膜や絶縁層として、SiO2、BPSG、PSG、BSG、AsSG、SbSG、NSG、SOG、LTO(Low Temperature Oxide、低温CVD−SiO2)、SiN、SiON等の公知の絶縁材料、あるいはこれらの絶縁材料を積層したもの挙げることができる。 Examples of the substrate in the exposure method or the semiconductor device manufacturing method include a semiconductor substrate, a semi-insulating substrate, an insulating substrate, or a layer to be processed formed on these substrates. Specifically, the layer to be treated is a polycrystalline silicon layer doped with impurities; a metal layer such as aluminum alloy, tungsten, copper, or silver; a metal compound layer such as tungsten silicide or titanium silicide; A laminated structure of a polycrystalline silicon layer and a metal compound layer such as tungsten silicide or titanium silicide, a laminated structure of a polycrystalline silicon layer doped with impurities, a metal compound layer such as tungsten silicide or titanium silicide, and an insulating film; It can be illustrated. Here, as an insulating film or an insulating layer, SiO 2, BPSG, PSG, BSG, AsSG, SbSG, NSG, SOG, LTO (Low Temperature Oxide, low temperature CVD-SiO 2), SiN, known insulating material such as SiON, Or what laminated | stacked these insulating materials can be mentioned.

本発明にあっては、複数の着目ピッチ毎に、重率WTqと、所定の位置に位置する4つの点光源が形成する転写光学像の光強度分布に基づき得られた規格化像光強度対数勾配値等(NILS値)とを重率加算することで、加算、平均、規格化され、スルーピッチで総合的に最適化された照明光の角度に対する光源強度分布(有効光源の形状)を得ることができる。ここで、この最適化された有効光源の形状における光強度は、0以上1以下の中間値を有するアナログ的なもの、即ち、グレー階調を有する光強度である。そして、このような最適化された有効光源の形状に基づき、露光用マスクに形成されたパターンを基体に塗布形成されたフォトレジスト層に転写するので、種々のピッチを有するパターンの急峻な光学像プロファイルをフォトレジスト層において得ることが可能となる。 In the present invention, the normalized image light intensity obtained on the basis of the weight ratio WT q and the light intensity distribution of the transfer optical image formed by the four point light sources located at predetermined positions for each of a plurality of pitches of interest. By adding the logarithmic gradient value (NILS value) and the like, the light source intensity distribution (the shape of the effective light source) with respect to the angle of the illumination light, which is summed, averaged, normalized, and comprehensively optimized with a through pitch, is obtained. Obtainable. Here, the light intensity in the optimized effective light source shape is analog having an intermediate value of 0 or more and 1 or less, that is, light intensity having a gray gradation. Then, based on the optimized shape of the effective light source, the pattern formed on the exposure mask is transferred to the photoresist layer formed on the substrate, so that steep optical images of patterns having various pitches are transferred. A profile can be obtained in the photoresist layer.

また、デフォーカスした転写光学像に基づき最適な有効光源の形状を最終的に決定すれば、所望の焦点深度と露光量裕度とを有するプロセス・マージンを実現することができる。更には、半導体装置におけるパターンの重要度により重率を変えれば、最適化された有効光源の形状へと微調整を行うことが可能となる。しかも、最適化された有効光源の形状を実現する手段として、回折光学素子(DOE)を用いれば、エネルギー利用効率が理想的には100%となり、光量ロスの発生しない、あるいは、最小限の光量ロスで済む、最適化された有効光源の形状を実現することができる。   If the optimum effective light source shape is finally determined based on the defocused transfer optical image, a process margin having a desired depth of focus and exposure tolerance can be realized. Furthermore, if the weight ratio is changed depending on the importance of the pattern in the semiconductor device, it is possible to finely adjust the shape of the optimized effective light source. In addition, if a diffractive optical element (DOE) is used as a means for realizing an optimized effective light source shape, the energy utilization efficiency is ideally 100%, and no light loss occurs or the minimum light quantity is achieved. It is possible to realize an optimized effective light source shape that requires no loss.

以下、図面を参照して、実施例に基づき本発明を説明する。   Hereinafter, the present invention will be described based on examples with reference to the drawings.

実施例1は、本発明の光源強度分布設計方法、及び、露光装置に関する。即ち、実施例1の光源強度分布設計方法は、半導体装置の製造過程におけるリソグラフィ工程において用いられ、露光用マスクに形成されたパターンを基体に塗布形成されたフォトレジスト層に転写するための露光光源から射出され、露光用マスクへ入射する光(照明光)の角度に対する光源強度分布設計方法である。また、実施例1の露光装置は、半導体装置の製造過程におけるリソグラフィ工程において用いられ、露光用マスクに形成されたパターンを基体に塗布形成されたフォトレジスト層に転写するための露光光源、及び、回折光学素子を有する露光装置である。   Example 1 relates to a light source intensity distribution design method and an exposure apparatus of the present invention. That is, the light source intensity distribution design method of Example 1 is used in a lithography process in the manufacturing process of a semiconductor device, and an exposure light source for transferring a pattern formed on an exposure mask to a photoresist layer formed on a substrate. Is a light source intensity distribution design method with respect to the angle of light (illumination light) emitted from the light and incident on the exposure mask. The exposure apparatus of Example 1 is used in a lithography process in the manufacturing process of a semiconductor device, and an exposure light source for transferring a pattern formed on an exposure mask to a photoresist layer formed on a substrate, and An exposure apparatus having a diffractive optical element.

実施例1にあっては、65nmノード(最密ピッチ180nmであり、ライン幅90nm、スペース幅90nmである)の銅(Cu)から成る埋め込み型の配線を形成するためのリソグラフィ工程に関する。即ち、銅(Cu)を埋め込むために、フォトレジスト層に溝部(トレンチ)をリソグラフィ工程で形成することが目的となる。ここで、露光用マスクに形成されたパターンとして、露光用マスクのx方向及びy方向の2方向に延びる2種類のパターンを想定し、パターンの最小ピッチを180nm、最大ピッチを孤立パターンとする。また、露光用マスクとして、透過率6%のハーフトーン型位相シフトマスクを用いるとする。更には、露光装置の仕様を、以下の表1に示す。フォトレジスト層の現像後、露光用マスクのパターン(このパターンは「スペース」である)に対応するフォトレジスト層の部分には開口部あるいは溝部(トレンチ)が形成され、この開口部あるいは溝部(トレンチ)に銅(Cu)をメッキ法にて埋め込むことで、配線を形成する。   The first embodiment relates to a lithography process for forming a buried wiring made of copper (Cu) of 65 nm node (closest pitch 180 nm, line width 90 nm, space width 90 nm). That is, in order to bury copper (Cu), it is an object to form a groove (trench) in the photoresist layer by a lithography process. Here, as patterns formed on the exposure mask, two types of patterns extending in two directions of the exposure mask in the x direction and the y direction are assumed, and the minimum pitch of the pattern is 180 nm and the maximum pitch is an isolated pattern. Further, it is assumed that a halftone phase shift mask having a transmittance of 6% is used as an exposure mask. Further, the specifications of the exposure apparatus are shown in Table 1 below. After development of the photoresist layer, an opening or groove (trench) is formed in the portion of the photoresist layer corresponding to the pattern of the exposure mask (this pattern is “space”). ) Is embedded with copper (Cu) by a plating method to form a wiring.

[表1]
露光光の波長(λ) :193nm
投影レンズの開口数(NA) :0.85
コヒーレンスファクタ(σ)[最大照明σ]:0.90
[Table 1]
Wavelength of exposure light (λ): 193 nm
Numerical aperture (NA) of projection lens: 0.85
Coherence factor (σ) [maximum illumination σ]: 0.90

ここで、半導体基板上に塗布形成されたフォトレジスト層に対して露光光によりパターンを形成するとき、縮小投影に使用されるものをレティクル、一対一投影に使用されるものをマスクと称することがあるが、本明細書においては、このような種々の意味におけるレティクルやマスクを、総称して露光用マスクと呼ぶ。また、以下の実施例においては、4倍の露光用マスク、即ち、フォトレジスト層に形成されるパターンの設計サイズを1とした場合、露光用マスクに形成されるパターンの設計サイズが4である露光用マスクを用いる。尚、以下の記載において、パターンに関連する長さや大きさは、特に断りの無い限り、フォトレジスト層に換算した長さや大きさである。露光用マスクに形成されたパターンの長さや大きさを求める場合には、フォトレジスト層における長さや大きさを4倍すればよい。更には、特に断りの無い限り、長さや幅の単位は「nm」である。   Here, when a pattern is formed by exposure light on a photoresist layer coated and formed on a semiconductor substrate, a pattern used for reduction projection is called a reticle, and a pattern used for one-to-one projection is called a mask. However, in this specification, such reticles and masks in various meanings are collectively referred to as exposure masks. In the following embodiments, the design size of the pattern formed on the exposure mask is 4 when the exposure mask of 4 times, that is, the design size of the pattern formed on the photoresist layer is 1. An exposure mask is used. In the following description, the length and size related to the pattern are the length and size converted into the photoresist layer unless otherwise specified. When obtaining the length and size of the pattern formed on the exposure mask, the length and size of the photoresist layer may be quadrupled. Further, unless otherwise specified, the unit of length and width is “nm”.

以下、図1に示す流れ図を参照して、実施例1の光源強度分布設計方法を説明する。   Hereinafter, the light source intensity distribution designing method of the first embodiment will be described with reference to the flowchart shown in FIG.

[ステップ−1]
先ず、デフォーカス量(d)を設定する。デフォーカス量は必要とされるプロセス・マージンに基づき決定されるが、一般に、焦点深度(DOF)は、露光光の波長をλとしたとき、以下の式(4)で与えられる。尚、プロセスファクターであるK2の値は、典型的には、例えば0.6程度に想定すればよい。このとき、λ=193nm、NA=0.85としたとき、デフォーカス量(d)は160nmとなるが、以下の説明においては、便宜上、デフォーカス量(d)を150nmとする。
[Step-1]
First, the defocus amount (d) is set. The defocus amount is determined based on the required process margin. In general, the depth of focus (DOF) is given by the following equation (4) when the wavelength of exposure light is λ. Note that the value of K 2 that is a process factor is typically assumed to be approximately 0.6, for example. At this time, when λ = 193 nm and NA = 0.85, the defocus amount (d) is 160 nm. In the following description, the defocus amount (d) is 150 nm for convenience.

d=K2(λ/NA2) (4) d = K 2 (λ / NA 2 ) (4)

また、露光用マスクに形成されたQ種類(実施例1においては、Q=3)のパターンの所定のピッチPq(q=1,2・・・Q)を、以下の表2のとおりとする。 Further, predetermined pitches P q (q = 1, 2,..., Q) of Q types (Q = 3 in the first embodiment) formed on the exposure mask are as shown in Table 2 below. To do.

[表2]
q=1 ライン・アンド・スペース・パターン
(スペース幅:90nm,ライン幅:90nm)
q=2 ライン・アンド・スペース・パターン
(スペース幅:90nm,ライン幅:270nm)
q=3 孤立パターン
(スペース幅:90nm)
[Table 2]
q = 1 Line and space pattern (Space width: 90 nm, Line width: 90 nm)
q = 2 Line and space pattern (Space width: 90 nm, Line width: 270 nm)
q = 3 isolated pattern (space width: 90 nm)

以下の説明において、q=1[ライン・アンド・スペース・パターン(スペース幅:90nm,ライン幅:90nm)]に相当するパターンをデンスパターン(q=1)と呼び、q=2[ライン・アンド・スペース・パターン(スペース幅:90nm,ライン幅:270nm)]に相当するパターンをセミデンスパターン(q=2)と呼び、q=3[孤立パターン(スペース幅:90nm)]に相当するパターンを孤立パターン(q=3)と呼ぶ場合がある。   In the following description, a pattern corresponding to q = 1 [line and space pattern (space width: 90 nm, line width: 90 nm)] is called a dense pattern (q = 1), and q = 2 [line and space pattern]. A pattern corresponding to a space pattern (space width: 90 nm, line width: 270 nm) is called a semi-dense pattern (q = 2), and a pattern corresponding to q = 3 [isolated pattern (space width: 90 nm)] Sometimes referred to as an isolated pattern (q = 3).

[ステップ−2]
そして、図2の(A)に示すように、露光光源から射出され、露光用マスクに入射する照明光(有効光源)を規格化されたグリッドサイズΔX(=0.1),ΔY(=0.1)で格子状に区切り、等価光源面の瞳座標における4点(i・ΔX,j・ΔY),(−i・ΔX,j・ΔY),(−i・ΔX,−j・ΔY),(i・ΔX,−j・ΔY)[但し、i=0,1,2・・・I、j=0,1,2・・・・Jであり、実施例1にあっては、ΔX=ΔY=0.05、I=J=18であり、ΔX・I=σ、ΔY・J=σであり、σは光源の大きさを示し、1以下の正の実数である]に位置する点光源のそれぞれから射出されると想定した光が、露光用マスクに形成されたQ種類(実施例1においては、Q=3)の所定のピッチPq(q=1,2・・・Q)を有するパターンにて回折され、フォトレジスト層において結像したときの光強度分布(4点光源による転写光学像の光強度分布)をピッチ毎に計算により求め、この光強度分布から規格化像光強度対数勾配値[NILS値,式(2)参照]である値Sq(i・ΔX,j・ΔY)をi=0〜I、j=0〜Jについて算出する。
[Step-2]
Then, as shown in FIG. 2A, the grid sizes ΔX (= 0.1) and ΔY (= 0) normalized from the illumination light (effective light source) emitted from the exposure light source and incident on the exposure mask. .1) is divided into a grid and is divided into four points (i · ΔX, j · ΔY), (−i · ΔX, j · ΔY), (−i · ΔX, −j · ΔY) in the pupil coordinates of the equivalent light source surface , (I · ΔX, −j · ΔY) [where i = 0, 1, 2... I, j = 0, 1, 2,... J, and in the first embodiment, ΔX = ΔY = 0.05, I = J = 18, ΔX · I = σ, ΔY · J = σ, where σ indicates the size of the light source and is a positive real number of 1 or less] A predetermined pitch P q (q = 1, 2... Q) of Q types (Q = 3 in the first embodiment) formed on the exposure mask is assumed to be emitted from each of the point light sources. ) The light intensity distribution (light intensity distribution of the transferred optical image by a four-point light source) when diffracted by the pattern and imaged on the photoresist layer is calculated for each pitch, and the normalized image light intensity is calculated from this light intensity distribution. A value S q (i · ΔX, j · ΔY) that is a logarithmic gradient value [NILS value, see equation (2)] is calculated for i = 0 to I and j = 0 to J.

尚、露光用マスクに形成されたパターンがx方向及びy方向に延びているとしたが故に、最終的に得られる有効光源の形状も、x軸に対して対称であり、且つ、y軸に関して対称である4つの点光源を考慮する必要がある。   Since the pattern formed on the exposure mask extends in the x direction and the y direction, the shape of the effective light source finally obtained is also symmetric with respect to the x axis and is related to the y axis. It is necessary to consider four point light sources that are symmetrical.

図2の(A)に、点A1[(i,j)=(5,2)]、点A2[(i,j)=(−5,2)]、点A3[(i,j)=(−5,−2)]、点A4[(i,j)=(5,−2)]の4点の点光源を示し、図2の(B)には、係る4つの点光源に基づく、セミデンスパターン(q=2)における150nmデフォーカス面の転写光学像の光強度分布計算結果を模式的に実線で示す。更には、図2の(A)に、点B1[(i,j)=(1,6)]、点B2[(i,j)=(−1,6)]、点B3[(i,j)=(−1,−6)]、点B4[(i,j)=(1,−6)]の4点の点光源を示し、図2の(B)には、係る4つの点光源に基づく、セミデンスパターン(q=2)における150nmデフォーカス面の転写光学像の光強度分布計算結果を模式的に点線で示す。尚、図2の(A)の横軸σX、縦軸σYは投影レンズの開口数NAで規格化されている。また、図2の(B)における横軸はフォトレジスト層における位置座標、縦軸は光強度(単位は任意)である。 In FIG. 2A, point A 1 [(i, j) = (5,2)], point A 2 [(i, j) = (− 5,2)], point A 3 [(i, j) = (− 5, −2)], point A 4 [(i, j) = (5, −2)]. Four point light sources are shown. FIG. The light intensity distribution calculation result of the transfer optical image of the 150 nm defocused surface in the semi-dense pattern (q = 2) based on the point light source is schematically shown by a solid line. Further, in FIG. 2A, a point B 1 [(i, j) = (1,6)], a point B 2 [(i, j) = (− 1,6)], a point B 3 [ (I, j) = (− 1, −6)] and point B 4 [(i, j) = (1, −6)] are shown as four point light sources, and FIG. A light intensity distribution calculation result of the transfer optical image on the 150 nm defocused surface in the semi-dense pattern (q = 2) based on the four point light sources is schematically shown by a dotted line. Note that the horizontal axis σ X and the vertical axis σ Y in FIG. 2A are normalized by the numerical aperture NA of the projection lens. In FIG. 2B, the horizontal axis represents position coordinates in the photoresist layer, and the vertical axis represents light intensity (unit is arbitrary).

ここで、転写光学像の光強度分布の計算は、基本的には、特許第3458549号の段落番号[0017]〜[0039]に記載された手法に基づいている。   Here, the calculation of the light intensity distribution of the transferred optical image is basically based on the method described in paragraph Nos. [0017] to [0039] of Japanese Patent No. 3458549.

即ち、露光装置における投影光学系にあっては、全系の絞りは第1群レンズ群、第2群レンズ群の焦点面に配置されており、両テレセントリックな結像系であり、また、全系としてアフォーカルな系であるとする。即ち、露光用マスクと瞳面(絞りと略等しい)、瞳面とフォトレジスト面は、フーリエ変換の関係にある。露光用マスクを照明する照明光学系からの露光光は、全て、平面波展開することにより表現することができる。アフォーカルな特性ゆえに、1つ1つの平面波は、露光光における点光源1つ1つに対応している。尚、以上の説明に関しては、特許第3458549号の図6を参照のこと。   That is, in the projection optical system in the exposure apparatus, the entire diaphragm is disposed on the focal planes of the first group lens group and the second group lens group, which is a bi-telecentric imaging system. Suppose that it is an afocal system. That is, the exposure mask and the pupil plane (substantially equal to the stop), and the pupil plane and the photoresist plane are in a Fourier transform relationship. All of the exposure light from the illumination optical system that illuminates the exposure mask can be expressed by developing a plane wave. Because of the afocal characteristics, each plane wave corresponds to each point light source in the exposure light. For the above description, see FIG. 6 of Japanese Patent No. 3458549.

このような特徴を有するが故に、露光用マスク上、瞳面、フォトレジスト面上の各々の座標系を(x,y),(ξ,η),(α,β)とし、第1群レンズ群、第2群レンズ群の焦点距離をf1,f2としたとき、露光用マスクの透過関数をo(x,y)とすれば、瞳面上での振幅分布f(ξ,η,θ1,θ2)は、以下の式(5)で表すことができる。ここで、θ1,θ2は、露光用マスクに入射する平面波のx方向,y方向の入射角である。 Because of such characteristics, the coordinate system on the exposure mask, pupil surface, and photoresist surface is (x, y), (ξ, η), (α, β), and the first lens group. If the focal lengths of the lens group and the second lens group are f 1 and f 2 , the amplitude distribution f (ξ, η, θ 1 , θ 2 ) can be expressed by the following equation (5). Here, θ 1 and θ 2 are incident angles of the plane wave incident on the exposure mask in the x and y directions.

Figure 2006216639
Figure 2006216639

そして、フォトレジスト面上での振幅分布をg(α,β,θ1,θ2)、瞳関数をp(ξ,η)とすると、以下の式(6)が成り立つ。 When the amplitude distribution on the photoresist surface is g (α, β, θ 1 , θ 2 ) and the pupil function is p (ξ, η), the following equation (6) is established.

Figure 2006216639
Figure 2006216639

更には、入射角θ1,θ2で入射した平面波のフォトレジスト面上での光強度分布I(α,β,θ1,θ2)は、以下の数(7)で表すことができる。 Further, the light intensity distribution I (α, β, θ 1 , θ 2 ) on the photoresist surface of the plane wave incident at the incident angles θ 1 and θ 2 can be expressed by the following number (7).

Figure 2006216639
Figure 2006216639

そして、全体の光強度分布I(α,β)は、各平面波の重ね合わせとなるので、重み関数をw(θ1,θ2)とすると、以下の式(8)が成り立つ。 Since the entire light intensity distribution I (α, β) is a superposition of the plane waves, if the weight function is w (θ 1 , θ 2 ), the following equation (8) is established.

Figure 2006216639
Figure 2006216639

ここで、露光用マスクに形成されたパターンを、y方向に平行な等間隔の格子状パターンとすると、パターンのピッチを数学的に表現するパターンの透過関数o(x,y)は、パターン周波数をωとして、次の式(9)で表すことができる。   Here, assuming that the pattern formed on the exposure mask is a lattice pattern equidistantly parallel to the y direction, the transmission function o (x, y) of the pattern that mathematically expresses the pattern pitch is the pattern frequency. Can be expressed by the following equation (9).

Figure 2006216639
Figure 2006216639

従って、瞳面上での振幅分布f(ξ,η,θ1,θ2)は、以下の式(10)で表すことができる。 Therefore, the amplitude distribution f (ξ, η, θ 1 , θ 2 ) on the pupil plane can be expressed by the following equation (10).

Figure 2006216639
Figure 2006216639

瞳面での波面収差をW(ξ,η)とすると、ウエハ面上での振幅分布g(α,β,θ1,θ2)は、以下の式(11)で表すことができる。尚、デフォーカス量に関しては、波面収差W(ξ,η)として扱う。 If the wavefront aberration on the pupil plane is W (ξ, η), the amplitude distribution g (α, β, θ 1 , θ 2 ) on the wafer surface can be expressed by the following equation (11). The defocus amount is handled as wavefront aberration W (ξ, η).

Figure 2006216639
Figure 2006216639

ここで、式(11)から明らかなように、瞳面での物体のスペクトル分布は、δ関数の和である。従って、n番目の回析光が瞳面に入るか入らないかの判定は、明確である。そこで、式(8)にて回析光が瞳面に入るか入らないかを判定する Vignetting factor「Pn」を用いた。即ち、回析光が瞳面に入る場合には式(12−1)とし、回析光が瞳面に入らない場合には式(12−2)とする。   Here, as is clear from Equation (11), the spectral distribution of the object on the pupil plane is the sum of the δ function. Therefore, the determination of whether the nth diffracted light enters or does not enter the pupil plane is clear. Therefore, a vignetting factor “Pn” is used to determine whether the diffracted light enters or does not enter the pupil plane in equation (8). That is, when the diffracted light enters the pupil plane, the formula (12-1) is used, and when the diffracted light does not enter the pupil plane, the formula (12-2) is set.

Pn(θ1,θ2)=1 (12−1)
Pn(θ1,θ2)=0 (12−2)
Pn (θ 1 , θ 2 ) = 1 (12-1)
Pn (θ 1 , θ 2 ) = 0 (12-2)

以上より、フォトレジスト面上での個々の平面波の強度分布I(α,β,θ1,θ2)は、以下の式(13)で表すことができる。 From the above, the intensity distribution I (α, β, θ 1 , θ 2 ) of each plane wave on the photoresist surface can be expressed by the following equation (13).

Figure 2006216639
Figure 2006216639

収差等を無視した理想結像の場合、W(ξ,η)=0である。故に、個々の平面波の強度分布I(α,β,θ1,θ2)は、以下の式(14)で表すことができる。 In the case of ideal imaging that ignores aberrations and the like, W (ξ, η) = 0. Therefore, the intensity distribution I (α, β, θ 1 , θ 2 ) of each plane wave can be expressed by the following equation (14).

Figure 2006216639
Figure 2006216639

こうして得られたデフォーカス光学像の光強度分布計算結果から式(2)に基づきNILS値である値Sq(i・ΔX,j・ΔY)を算出する。尚、以上の操作を、これらの計算を最大σ内の点光源の全てに対して行う。 A value S q (i · ΔX, j · ΔY), which is a NILS value, is calculated from the light intensity distribution calculation result of the defocused optical image obtained in this manner, based on Expression (2). The above operations are performed for all point light sources within the maximum σ.

ここで、光学像の光強度分布の計算及びNILS値の計算を、ベストフォーカス状態で計算するのではなく、デフォーカス面における計算とした理由は、ベストフォーカス状態で有効光源の形状を最適化しても、デフォーカスに対するフォトレジスト層に形成されるパターンのCD(Critical Dimension)値の変動を抑えることができず、所望の焦点深度(DOF)、云い換えれば、所望のプロセス・マージンが得られないからである。   Here, the reason why the calculation of the light intensity distribution of the optical image and the calculation of the NILS value is not performed in the best focus state but in the defocus plane is that the shape of the effective light source is optimized in the best focus state. However, the CD (Critical Dimension) value variation of the pattern formed in the photoresist layer against defocus cannot be suppressed, and a desired depth of focus (DOF), in other words, a desired process margin cannot be obtained. Because.

デンスパターン(q=1)における、コヒーレンスファクタ(σ)=0.9内の有効光源内の点光源に関する第1象限でのNILS値計算結果を図3の(A)に示し、計算結果のコンター図を図3の(B)に示す。   The NILS value calculation result in the first quadrant for the point light source within the effective light source within the coherence factor (σ) = 0.9 in the dense pattern (q = 1) is shown in FIG. The figure is shown in FIG.

また、セミデンスパターン(q=2)における、コヒーレンスファクタ(σ)=0.9内の有効光源内の点光源に関する第1象限でのNILS値計算結果を図4の(A)に示し、計算結果のコンター図を図4の(B)に示す。尚、この場合、NILS値を求めるための光学像の幅WDは、実際のフォトレジスト材料の抜け性を考慮して、110nmとする。   Moreover, the NILS value calculation result in the first quadrant regarding the point light source within the effective light source within the coherence factor (σ) = 0.9 in the semi-dense pattern (q = 2) is shown in FIG. The resulting contour diagram is shown in FIG. In this case, the width WD of the optical image for obtaining the NILS value is set to 110 nm in consideration of the omission of the actual photoresist material.

更には、孤立パターン(q=3)における、コヒーレンスファクタ(σ)=0.9内の有効光源内の点光源に関する第1象限でのNILS値計算結果を図5の(A)に示し、計算結果のコンター図を図5の(B)に示す。尚、この場合にも、NILS値を求めるための光学像の幅WDは、実際のフォトレジスト材料の抜け性を考慮して、110nmとする。   Furthermore, in the isolated pattern (q = 3), the NILS value calculation result in the first quadrant for the point light source within the effective light source within the coherence factor (σ) = 0.9 is shown in FIG. The resulting contour diagram is shown in FIG. In this case as well, the width WD of the optical image for obtaining the NILS value is set to 110 nm in consideration of the omission of the actual photoresist material.

図3の(B)、図4の(B)、図5の(B)からも明らかなように、NILS値の分布は、各ピッチによって大きく異なる。このため、これらのNILS値を単純に加算平均しても、殆どの場合、総合的に最適な有効光源の形状を得ることはできない。   As is clear from FIGS. 3B, 4B, and 5B, the NILS value distribution varies greatly depending on each pitch. For this reason, even if these NILS values are simply added and averaged, in most cases, an optimal effective light source shape cannot be obtained comprehensively.

[ステップ−3]
次に、各ピッチPqにおいて設定された重率WTqに基づき、以下の式(1)から、重率平均した値SOPT(i・ΔX,j・ΔY)を算出する。ここで、重率WTqの値を、以下の表3のとおりとしたが、各ピッチPqにおける重率WTqの設定は、多数の光源強度分布設計方法の実行に基づく多数のデータの積み重ねから決定すればよい。ここでは、図4の(B)及び図5の(B)が比較的類似した分布を有することから、表3に示すような重率WTqとした。
[Step-3]
Next, based on the weight ratio WT q set at each pitch P q , a weight average value S OPT (i · ΔX, j · ΔY) is calculated from the following equation (1). Here, the value of the weight ratio WT q is set as shown in Table 3 below. However, the setting of the weight ratio WT q at each pitch P q is a stack of a large number of data based on the execution of a large number of light source intensity distribution design methods. It can be determined from Here, since the distributions of FIGS. 4B and 5B have relatively similar distributions, the weight ratio WT q as shown in Table 3 is used.

Figure 2006216639
Figure 2006216639

[表3]
q=1 WT1=2
q=2 WT2=1
q=3 WT3=1
[Table 3]
q = 1 WT 1 = 2
q = 2 WT 2 = 1
q = 3 WT 3 = 1

値SOPT(i・ΔX,j・ΔY)の計算結果を以下の表4に示し、計算結果のコンター図を図6に示す。尚、これらの値SOPT(i・ΔX,j・ΔY)の内の最大値をMax(SOPT)としたとき、各値SOPT(i・ΔX,j・ΔY)をMax(SOPT)で除して、値SOPT(i・ΔX,j・ΔY)を規格化している。 The calculation results of the value S OPT (i · ΔX, j · ΔY) are shown in Table 4 below, and a contour diagram of the calculation results is shown in FIG. When the maximum value of these values S OPT (i · ΔX, j · ΔY) is Max (S OPT ), each value S OPT (i · ΔX, j · ΔY) is Max (S OPT ). The value S OPT (i · ΔX, j · ΔY) is normalized.

[表4]

Figure 2006216639
[Table 4]
Figure 2006216639

[ステップ−4]
実施例1にあっては、こうして、値SOPT(i・ΔX,j・ΔY)なる相対光強度分布が得られるように、露光光源から射出され、露光用マスクへ入射する照明光の角度に対する光源強度分布(有効光源の形状)を、一旦、決定する。具体的には、表4に計算結果を示し、更に規格化計算した結果のコンター図を図6に示す。この値SOPT(i・ΔX,j・ΔY)の規格化された分布を、有効光源の形状とする。そして、決定された有効光源の形状(図6参照)に基づき、露光用マスクに形成されたQ種類(実施例1にあっては、Q=3)の所定のピッチPq(q=1,2・・・Q)を有するマスクパターンを基体に塗布形成されたフォトレジスト層に転写したときのプロセス・マージンを算出する。そして、全てのピッチPq(q=1,2・・・Q)において、算出されたプロセス・マージンが所定のプロセス・マージンを満足しているか否かを評価する。
[Step-4]
In the first embodiment, the relative light intensity distribution of the value S OPT (i · ΔX, j · ΔY) is obtained in this way with respect to the angle of the illumination light emitted from the exposure light source and incident on the exposure mask. The light source intensity distribution (effective light source shape) is once determined. Specifically, the calculation results are shown in Table 4, and a contour diagram of the results of the normalization calculation is shown in FIG. The normalized distribution of this value S OPT (i · ΔX, j · ΔY) is taken as the shape of the effective light source. Then, based on the determined shape of the effective light source (see FIG. 6), a predetermined pitch P q (q = 1, Q) of Q types (Q = 3 in the first embodiment) formed on the exposure mask. 2... Process margin when the mask pattern having Q) is transferred to the photoresist layer formed on the substrate is calculated. Then, it is evaluated whether or not the calculated process margin satisfies a predetermined process margin at all pitches P q (q = 1, 2... Q).

更に具体的には、各ピッチPqにおけるマスクバイアス値(マスクスペース寸法値)を計算する。ここでは、露光量を決めるための基準パターンをデンスパターン(q=1)に相当するパターンに固定し、光近接効果補正(Optical Proximity Effect Correction;OPC)を施し、スペース幅90nmが得られる露光量を基準露光量として求める。更に、この基準露光量で、セミデンスパターン(q=2)に相当するパターン、及び、孤立パターン(q=3)に相当するパターンをフォトレジスト層に転写して、フォトレジスト層にスペース幅110nmが得られるようなマスクスペース幅CD値を求める。マスクスペース幅CD値の計算結果を、以下の表5に示す。 More specifically, the mask bias value (mask space dimension value) at each pitch P q is calculated. Here, a reference pattern for determining an exposure amount is fixed to a pattern corresponding to a dense pattern (q = 1), optical proximity effect correction (OPC) is performed, and an exposure amount at which a space width of 90 nm is obtained. Is determined as a reference exposure amount. Furthermore, with this reference exposure amount, a pattern corresponding to a semi-dense pattern (q = 2) and a pattern corresponding to an isolated pattern (q = 3) are transferred to the photoresist layer, and a space width of 110 nm is transferred to the photoresist layer. The mask space width CD value is obtained such that The calculation results of the mask space width CD value are shown in Table 5 below.

[表5]
スペース幅CD値
デンスパターン(q=1) 90nm
セミデンスパターン(q=2) 115nm
孤立パターン(q=3) 125nm
[Table 5]
Space width CD value dense pattern (q = 1) 90nm
Semi-dense pattern (q = 2) 115 nm
Isolated pattern (q = 3) 125nm

基準露光量、ピッチ毎のマスクスペース幅CD値、及び、前述の最適照明を用い、プロセス誤差因子として露光量及びデフォーカスを変化させたときのフォトレジスト層への転写後のスペース幅CD値をピッチ毎に計算し、プロセス・マージンを算出する。尚、実施例1では、実際のフォトレジスト材料の抜け性を考慮して、デンスパターン(q=1)に相当するパターンにあっては目標スペース幅CD値を90nmとし、セミデンスパターン(q=2)及び孤立パターン(q=3)に相当するパターンにあっては、目標スペース値CD値を110nmとしている。   The reference exposure amount, the mask space width CD value for each pitch, and the space width CD value after transfer to the photoresist layer when the exposure amount and defocus are changed as process error factors using the above-mentioned optimum illumination. Calculate for each pitch and calculate the process margin. In Example 1, in consideration of the removal property of the actual photoresist material, the target space width CD value is set to 90 nm in the pattern corresponding to the dense pattern (q = 1), and the semi-dense pattern (q = In the pattern corresponding to 2) and the isolated pattern (q = 3), the target space value CD value is 110 nm.

実施例1では、転写レジストスペース幅CD値の許容誤差を±10%とし、必要とされるプロセス・マージンに関して、露光量裕度7%の場合における焦点深度(DOF)を0.25μmとした。   In Example 1, the tolerance of the transfer resist space width CD value was ± 10%, and the depth of focus (DOF) when the exposure margin was 7% with respect to the required process margin was 0.25 μm.

そして、評価の結果、もしも、全てのピッチPq(q=1,2・・・Q)において、算出されたプロセス・マージンが所定のプロセス・マージンを満足していない場合、[ステップ−3]に戻り、各ピッチPqにおける重率WTqを変更して、具体的には、プロセス・マージンが不足しているピッチの重率WTqを相対的に増やして、[ステップ−4]を実行するといった手順を、全てのピッチPq(q=1,2・・・Q)において、算出されたプロセス・マージンが所定のプロセス・マージンを満足する迄、繰り返す。 As a result of the evaluation, if the calculated process margin does not satisfy the predetermined process margin at all pitches P q (q = 1, 2,... Q), [Step-3] Return to, change the weight ratio WT q at each pitch P q , and specifically increase the weight ratio WT q of the pitch with insufficient process margin and execute [Step-4]. This procedure is repeated until the calculated process margin satisfies the predetermined process margin at all pitches P q (q = 1, 2,..., Q).

図7の(A)に、図6に示した最適化された有効光源、表3に示す重率WTq、表5に示したマスクスペースCD値で計算したピッチ毎のプロセス・マージン(露光量裕度と焦点深度)のシミュレーション例を示す。また、比較例1として、図7の(B)に、σ=0.9、2/3輪帯を露光光源としたピッチ毎のプロセス・マージンのシミュレーション例を示す。ここで、図7の(A)及び(B)において、曲線「A」,「B」,「C」は、デンスパターン(q=1)、セミデンスパターン(q=2)及び孤立パターン(q=3)における露光量裕度を示す。更には、露光量裕度7%の場合における焦点深度(DOF)の値(単位:μm)を、以下の表6に示す。 FIG. 7A shows the process margin (exposure amount) for each pitch calculated using the optimized effective light source shown in FIG. 6, the weight ratio WT q shown in Table 3, and the mask space CD value shown in Table 5. (Example of tolerance and depth of focus). As Comparative Example 1, FIG. 7B shows a simulation example of a process margin for each pitch using σ = 0.9 and the 2/3 ring zone as an exposure light source. Here, in FIGS. 7A and 7B, curves “A”, “B”, and “C” have dense patterns (q = 1), semi-dense patterns (q = 2), and isolated patterns (q = Exposure tolerance in 3). Furthermore, the depth of focus (DOF) value (unit: μm) when the exposure tolerance is 7% is shown in Table 6 below.

図7の(A)に示すように、図7の(B)に示す比較例1と比較して、特に、セミデンスパターン(q=2)及び孤立パターン(q=3)に相当するパターンにおけるプロセス・マージンが、改善されていることが判る。これは、ピッチ毎に高いNILS値が得られるように、ピッチ毎に光源内の光強度分布を最適化し、ピッチ毎に最適化した有効光源を適切な重率を掛けて加算平均しているためである。   As shown in FIG. 7A, compared with Comparative Example 1 shown in FIG. 7B, particularly in patterns corresponding to a semi-dense pattern (q = 2) and an isolated pattern (q = 3). It can be seen that the process margin has been improved. This is because the light intensity distribution in the light source is optimized for each pitch so that a high NILS value is obtained for each pitch, and the effective light sources optimized for each pitch are multiplied and averaged by an appropriate weighting factor. It is.

[表6]
目標スペース幅 実施例1 比較例1
デンスパターン(q=1) 90nm 0.4915 0.6172
セミデンスパターン(q=2) 110nm 0.2559 0.1721
孤立パターン(q=3) 110nm 0.3194 0.1727
[Table 6]
Target space width Example 1 Comparative example 1
Dense pattern (q = 1) 90 nm 0.4915 0.6172
Semi-dense pattern (q = 2) 110 nm 0.2559 0.1721
Isolated pattern (q = 3) 110 nm 0.3194 0.1727

また、表4に計算結果を示し、計算結果値SOPT(i・ΔX,j・ΔY)の規格化された分布(図6のコンター図)を最適な有効光源の形状とし、マスクスペース幅と目標スペース幅WDを90nmに固定し、全てのピッチにおけるベストフォーカス及び150nmデフォーカス面でのNILS値を、図8に、それぞれ、曲線「点線A」及び「実線B」にて示した。図8中には、比較例1として、典型的な照明条件であるσ=0.9、2/3輪帯におけるベストフォーカス及び150nmデフォーカス面でのNILS値も、それぞれ、曲線「点線a」及び「実線b」にて示した。実施例1にあっては、NILS値は、全ピッチで比較例1の輪帯照明を上回っており、フォトレジスト層に形成される光学像の急峻度が向上していることが判る。更に、図8において、実施例1と比較例1とを比較すると、ベストフォーカス時、及び、デフォーカス時、共に、実施例1の方がピッチに対するNILS値の起伏が小さいが、これは、最適化された有効光源の形状がグレー階調を有することに起因している。これにより、光近接効果補正に基づく露光用マスクのパターン補正値の必要レンジを小さくすることが可能となるといった効果が生じる。 Table 4 shows the calculation results. The normalized distribution (contour diagram in FIG. 6) of the calculation result values S OPT (i · ΔX, j · ΔY) is defined as the optimum effective light source shape, and the mask space width and The target space width WD is fixed at 90 nm, and the NILS values on the best focus and 150 nm defocus surfaces at all pitches are shown by curves “dotted line A” and “solid line B” in FIG. 8, respectively. In FIG. 8, as Comparative Example 1, σ = 0.9, which is a typical illumination condition, the best focus in the 2/3 annular zone, and the NILS value on the 150 nm defocus plane are also shown by the curve “dotted line a”. And “solid line b”. In Example 1, the NILS value exceeds the annular illumination of Comparative Example 1 at all pitches, and it can be seen that the steepness of the optical image formed on the photoresist layer is improved. Further, in FIG. 8, when Example 1 and Comparative Example 1 are compared, the NILS value undulation with respect to the pitch is smaller in Example 1 at both the best focus and the defocus. This is due to the fact that the effective light source has a gray gradation. This produces an effect that the required range of the pattern correction value of the exposure mask based on the optical proximity effect correction can be reduced.

以上により、デンスパターン(q=1)から孤立パターン(q=3)に亙り、従来技術の典型例である輪帯照明と比較して、プロセス・マージンが向上し、本発明の光源強度分布設計方法が有効であることが判る。   As described above, from the dense pattern (q = 1) to the isolated pattern (q = 3), the process margin is improved as compared with the annular illumination which is a typical example of the prior art, and the light source intensity distribution design of the present invention is performed. It turns out that the method is effective.

実施例1にあっては、評価の結果、図7の(A)に示すように、全てのピッチPq(q=1,2・・・Q)において、算出されたプロセス・マージンが所定のプロセス・マージン(具体的には、露光量裕度7%の場合における焦点深度(DOF)0.25μm)を満足していたので、[ステップ−3]に戻ることなく、露光光源から射出され、露光用マスクへ入射する照明光の角度に対する最適な光源強度分布(最適化された有効光源の形状)が得られたとして終了する。 In the first embodiment, as a result of the evaluation, as shown in FIG. 7A, the calculated process margin is predetermined at all pitches P q (q = 1, 2,... Q). Since the process margin (specifically, the depth of focus (DOF) of 0.25 μm when the exposure tolerance is 7%) was satisfied, it was emitted from the exposure light source without returning to [Step-3], The process ends when an optimum light source intensity distribution (optimized effective light source shape) with respect to the angle of the illumination light incident on the exposure mask is obtained.

このようにして得られた照明光の角度に対する最適な光源強度分布を露光装置において実現するための例を、図9に概念図として示す。この露光装置は、レーザ装置から成る露光光生成部11、露光光生成部11から射出され、ビーム整形光学系(図示せず)を通過した露光光(レーザ光)が入射する回折光学素子(DOE)12、回折光学素子(DOE)12から射出され、コリメートレンズ系13を通過した露光光(レーザ光)が入射するハエの目(フライ・アイ)レンズから成るユニフォーマ14、コンデンサレンズ15、投影系レンズ群16から構成されている。コンデンサレンズ15と投影系レンズ群16との間には露光用マスク20が配置されている。図9において、参照番号30は基体(図示せず)に塗布形成されたフォトレジスト層である。露光用マスク20を照明する照明光における等価光源面15Aは投影系レンズ群16の瞳面16Aと共役の関係となっている。従って、最適化された照明光の角度に対する光源強度分布を、等価光源面15Aに形成すればよい。尚、回折光学素子(DOE)12から射出され、コリメートレンズ系13を通過した露光光(レーザ光)がハエの目(フライ・アイ)レンズから成るユニフォーマ14に入射した部分を拡大した模式図を図10に示す。   An example for realizing an optimum light source intensity distribution with respect to the angle of the illumination light thus obtained in the exposure apparatus is shown in FIG. 9 as a conceptual diagram. This exposure apparatus includes a diffractive optical element (DOE) on which exposure light (laser light) that is emitted from an exposure light generation unit 11 and an exposure light generation unit 11 that are laser devices and passes through a beam shaping optical system (not shown) is incident. ) 12, Uniformer 14 including a fly's eye (fly eye) lens on which exposure light (laser light) emitted from a diffractive optical element (DOE) 12 and passed through a collimating lens system 13 is incident, condenser lens 15, and projection It is composed of a system lens group 16. An exposure mask 20 is disposed between the condenser lens 15 and the projection system lens group 16. In FIG. 9, reference numeral 30 denotes a photoresist layer applied and formed on a substrate (not shown). The equivalent light source surface 15A in the illumination light that illuminates the exposure mask 20 has a conjugate relationship with the pupil surface 16A of the projection system lens group 16. Therefore, the light source intensity distribution with respect to the angle of the optimized illumination light may be formed on the equivalent light source surface 15A. In addition, the schematic diagram which expanded the part which the exposure light (laser light) inject | emitted from the diffractive optical element (DOE) 12 and passed through the collimating lens system 13 injected into the uniform 14 consisting of a fly's eye (fly eye) lens. Is shown in FIG.

ここで、回折光学素子(DOE)12は、例えば、特開2001−242414等に開示された技術、即ち、回折光学素子の位相関数の初期解を生成するステップと、この位相関数の初期解による点像分布関数を計算するステップと、この点像分布関数の分布とこの点像分布関数から決定されるターゲット関数とを評価関数として、最適化アルゴリズムによりこの評価関数に最も近づくように位相関数の解を収束させるプロセスとを有するビーム整形素子の設計方法に基づき、設計すればよい。   Here, the diffractive optical element (DOE) 12 is based on, for example, the technique disclosed in Japanese Patent Application Laid-Open No. 2001-242414, that is, the step of generating an initial solution of the phase function of the diffractive optical element and the initial solution of the phase function. Using the step of calculating the point spread function and the distribution of this point spread function and the target function determined from this point spread function as an evaluation function, the optimization function is What is necessary is just to design based on the design method of the beam shaping element which has the process of converging a solution.

また、こうして得られた回折光学素子(DOE)12に基づき有効光源の形状が得られたか否かは、例えば、特開2001−230180に開示された技術、即ち、照明光学系から射出した光を、有限の周期で透光部と遮光部が繰り返され、且つ、透光部と遮光部の比が複数与えられた回折格子パターンであって周囲を遮光領域で遮られた光透過パターンを含む光学部材によりパターンが形成されたフォトマスクに導き、このフォトマスクを通過して発生した0次回折光を投影光学系を通してウエハ上に転写し、このウエハ上に転写された0次回折光のパターン像に基づいて、フォトマスクから照明光学系を見た2次光源内の光強度分布を測定するものであって、フォトマスクとウエハが投影光学系に関して非共役な状態で転写する露光装置の検査方法に基づき、検証すればよい。   Whether or not the shape of the effective light source is obtained based on the diffractive optical element (DOE) 12 thus obtained is determined by, for example, the technique disclosed in Japanese Patent Laid-Open No. 2001-230180, that is, the light emitted from the illumination optical system. An optical system including a light transmission pattern in which a light transmitting part and a light shielding part are repeated at a finite period, and a diffraction grating pattern having a plurality of ratios of the light transmitting part and the light shielding part is provided and the periphery is shielded by a light shielding region Based on the pattern image of the 0th-order diffracted light transferred to the photomask on which the pattern is formed by the member, the 0th-order diffracted light generated through the photomask is transferred onto the wafer through the projection optical system. An exposure apparatus for measuring a light intensity distribution in a secondary light source viewed from an illumination optical system from a photomask, wherein the photomask and the wafer are transferred in a non-conjugated state with respect to the projection optical system Based on the test method, it should be verified.

実施例2は、本発明の露光方法、及び、本発明の半導体装置の製造方法に関する。即ち、露光方法に関しては、半導体装置の製造過程におけるリソグラフィ工程において用いられ、露光光源から射出された光(照明光)を露光用マスクに照射し、該露光用マスクに形成されたパターンを基体に塗布形成されたフォトレジスト層に転写する露光方法である。また、半導体装置の製造方法に関しては、露光光源から射出された光(照明光)を露光用マスクに照射し、該露光用マスクに形成されたパターンを基体に塗布形成されたフォトレジスト層に転写し、該フォトレジスト層を現像して得られたエッチング用マスクを用いて基体をエッチングする工程を含む半導体装置の製造方法である。そして、露光光源から射出され、露光用マスクへ入射する照明光の角度に対する最適化され光源強度分布(最適化された有効光源の形状)を、実施例1に基づいて設定する。   Example 2 relates to an exposure method of the present invention and a method of manufacturing a semiconductor device of the present invention. In other words, the exposure method is used in a lithography process in the manufacturing process of a semiconductor device. Light (illumination light) emitted from an exposure light source is irradiated onto an exposure mask, and a pattern formed on the exposure mask is applied to a substrate. This is an exposure method for transferring to a coated photoresist layer. In addition, regarding a method for manufacturing a semiconductor device, light (illumination light) emitted from an exposure light source is irradiated onto an exposure mask, and a pattern formed on the exposure mask is transferred to a photoresist layer formed on a substrate. And a method of manufacturing a semiconductor device including a step of etching a substrate using an etching mask obtained by developing the photoresist layer. Then, an optimized light source intensity distribution (optimized effective light source shape) with respect to the angle of illumination light emitted from the exposure light source and incident on the exposure mask is set based on the first embodiment.

そして、実施例2においては、具体的には、図11の(A)に模式的な一部断面図を示すように、基体は、半導体基板40の上方に形成された層間絶縁層41から構成されているが、これに限定するものではない。そして、層間絶縁層41の上に、例えばポジ型のフォトレジスト層42を塗布形成する。尚、実施例1と同様の方法にて決定された、露光光源から射出され、露光用マスクへ入射する照明光の角度に対する最適化された光源強度分布を、露光光源と露光用マスクとの間に配置された回折光学素子に基づき得た露光装置を用いて、露光用マスク50に照明光を照射し、露光用マスク50に形成されたマスクパターンを基体である層間絶縁層41上に塗布形成されたフォトレジスト層42に転写する。この状態を図11の(B)に示すが、斜線を付したフォトレジスト層42の部分がパターン転写部分である。また、参照番号51,52は、それぞれ、露光用マスク50を構成するガラス基板及び遮光用薄層である。次いで、フォトレジスト層42を現像した後、パターニングされたフォトレジスト層42をエッチング用マスクとして、基体、より具体的には層間絶縁層41をエッチングすることで、層間絶縁層41にトレンチ43を形成することができる(図11の(C)参照)。その後、アッシング処理にてフォトレジスト層42を除去し(図11の(D)参照)、トレンチ43内を含む層間絶縁層41上に銅層をメッキ法にて形成し、層間絶縁層41上の銅層を例えば化学的/機械的研磨法(CMP法)に基づき除去することで、トレンチ43内に銅配線44を形成することができる。こうして、図11の(E)に示す構造を有する半導体装置を製造することができる。   In the second embodiment, specifically, as shown in the schematic partial cross-sectional view of FIG. 11A, the base is composed of an interlayer insulating layer 41 formed above the semiconductor substrate 40. However, it is not limited to this. Then, for example, a positive photoresist layer 42 is applied and formed on the interlayer insulating layer 41. The optimized light source intensity distribution with respect to the angle of illumination light emitted from the exposure light source and incident on the exposure mask, determined by the same method as in the first embodiment, is defined between the exposure light source and the exposure mask. Using the exposure apparatus obtained based on the diffractive optical element arranged in the above, the exposure mask 50 is irradiated with illumination light, and the mask pattern formed on the exposure mask 50 is formed on the interlayer insulating layer 41 which is the substrate. The transferred photoresist layer 42 is transferred. This state is shown in FIG. 11B, and the hatched portion of the photoresist layer 42 is a pattern transfer portion. Reference numerals 51 and 52 are a glass substrate and a light-shielding thin layer constituting the exposure mask 50, respectively. Next, after developing the photoresist layer 42, the trench 43 is formed in the interlayer insulating layer 41 by etching the substrate, more specifically the interlayer insulating layer 41, using the patterned photoresist layer 42 as an etching mask. (See FIG. 11C). Thereafter, the photoresist layer 42 is removed by ashing (see FIG. 11D), and a copper layer is formed on the interlayer insulating layer 41 including the inside of the trench 43 by a plating method. The copper wiring 44 can be formed in the trench 43 by removing the copper layer based on, for example, a chemical / mechanical polishing method (CMP method). Thus, a semiconductor device having the structure shown in FIG. 11E can be manufactured.

以上、本発明を好ましい実施例に基づき説明したが、本発明はこれらの実施例に限定されるものではない。実施例にて使用した材料や各種条件は例示であり、適宜変更することができる。また、実施例1や実施例2における各工程も変更することが可能である。   As mentioned above, although this invention was demonstrated based on the preferable Example, this invention is not limited to these Examples. The materials and various conditions used in the examples are examples and can be changed as appropriate. Moreover, each process in Example 1 or Example 2 can also be changed.

図1は、実施例1の光源強度分布設計方法を説明するための流れ図である。FIG. 1 is a flowchart for explaining a light source intensity distribution designing method according to the first embodiment. 図2の(A)は、露光光源をマトリックス状に区切った点光源を示す図であり、図2の(B)は、4つの点光源(点A1〜点A4及び点B1〜点B4)に基づくデフォーカス光学像の計算結果を示す図である。2A shows a point light source in which the exposure light source is divided into a matrix, and FIG. 2B shows four point light sources (point A 1 to point A 4 and point B 1 to point B). is a graph showing the calculation result of the defocus optical image based on the B 4). 図3の(A)及び(B)は、それぞれ、実施例1のデンスパターン(q=1)における第1象限でのNILS値計算結果、及び、計算結果のコンター図である。3A and 3B are a NILS value calculation result in the first quadrant in the dense pattern (q = 1) of Example 1, and a contour diagram of the calculation result, respectively. 図4の(A)及び(B)は、それぞれ、実施例1のセミデンスパターン(q=2)における第1象限でのNILS値計算結果、及び、計算結果のコンター図である。4A and 4B are a NILS value calculation result in the first quadrant in the semi-dense pattern (q = 2) of Example 1, and a contour diagram of the calculation result, respectively. 図5の(A)及び(B)は、それぞれ、実施例1の孤立パターン(q=3)における第1象限でのNILS値計算結果、及び、計算結果のコンター図である。5A and 5B are NILS value calculation results in the first quadrant in the isolated pattern (q = 3) of Example 1, and contour diagrams of the calculation results, respectively. 図6は、実施例1における値SOPT(i・ΔX,j・ΔY)の計算結果のコンター図である。FIG. 6 is a contour diagram of the calculation result of the value S OPT (i · ΔX, j · ΔY) in the first embodiment. 図7の(A)は、実施例1における重率WTqで計算したピッチ毎のプロセス・マージンのシミュレーション例を示す図であり、図7の(B)は、比較例1におけるピッチ毎のプロセス・マージンのシミュレーション例を示す図である。7A is a diagram showing a simulation example of the process margin for each pitch calculated with the weight ratio WT q in the first embodiment, and FIG. 7B is a process for each pitch in the first comparative example. -It is a figure which shows the simulation example of a margin. 図8は、実施例1及び比較例2において、スペース幅を90nmに固定し、全ピッチにおけるベストフォーカス及び150nmデフォーカス面でのNILS値を示す図である。FIG. 8 is a diagram showing NILS values on the best focus and 150 nm defocus planes at all pitches with the space width fixed at 90 nm in Example 1 and Comparative Example 2. 図9は、実施例1の露光装置の概念図である。FIG. 9 is a conceptual diagram of the exposure apparatus according to the first embodiment. 図10は、回折光学素子(DOE)から射出され、コリメートレンズ系を通過した照明光(レーザ光)がハエの目(フライ・アイ)レンズから成るユニフォーマに入射した部分を拡大した模式図である。FIG. 10 is an enlarged schematic view of a portion where illumination light (laser light) emitted from a diffractive optical element (DOE) and passed through a collimating lens system is incident on a uniform formed of fly-eye lenses. is there. 図11の(A)〜(E)は、実施例2を説明するための、半導体基板等の模式的な一部断面図である。11A to 11E are schematic partial cross-sectional views of a semiconductor substrate and the like for explaining the second embodiment. 図12は、特許第3458549号に開示された45度方位の4重極照明を示す図である。FIG. 12 is a diagram showing the quadrupole illumination of 45 degrees orientation disclosed in Japanese Patent No. 3458549. 図13は、特許第3458549号における光源形状(光強度分布)を示す図である。FIG. 13 is a diagram showing a light source shape (light intensity distribution) in Japanese Patent No. 3458549.

符号の説明Explanation of symbols

11・・・露光光生成部、12・・・回折光学素子(DOE)、13・・・コリメートレンズ系、14・・・ユニフォーマ、15・・・コンデンサレンズ、15A・・・照明光学系の瞳面(等価光源面)、16・・・投影系レンズ群、16A・・・投影系レンズ群の瞳面、20・・・露光用マスク、30・・・フォトレジスト層、40・・・半導体基板、41・・・層間絶縁層、42・・・フォトレジスト層、43・・・トレンチ、44・・・銅配線、50・・・露光用マスク、51・・・ガラス基板、52・・・遮光用薄層
DESCRIPTION OF SYMBOLS 11 ... Exposure light generation part, 12 ... Diffractive optical element (DOE), 13 ... Collimating lens system, 14 ... Uniformer, 15 ... Condenser lens, 15A ... Illumination optical system Pupil plane (equivalent light source plane), 16 ... projection system lens group, 16A ... pupil plane of projection system lens group, 20 ... exposure mask, 30 ... photoresist layer, 40 ... semiconductor Substrate, 41 ... interlayer insulating layer, 42 ... photoresist layer, 43 ... trench, 44 ... copper wiring, 50 ... exposure mask, 51 ... glass substrate, 52 ... Light shielding thin layer

Claims (8)

半導体装置の製造過程におけるリソグラフィ工程において用いられ、露光用マスクに形成されたパターンを基体に塗布形成されたフォトレジスト層に転写するための露光光源から射出され、露光用マスクへ入射する光の角度に対する光源強度分布設計方法であって、
(A)露光光源から射出される光において、等価光源面の瞳座標における4点(i・ΔX,j・ΔY),(−i・ΔX,j・ΔY),(−i・ΔX,−j・ΔY),(i・ΔX,−j・ΔY)[但し、i=0,1,2・・・I、j=0,1,2・・・・Jであり、ΔX・I=σ、ΔY・J=σであり、σは光源の大きさを示し、1以下の正の実数である]に位置する点光源のそれぞれから射出されると想定した光が、露光用マスクに形成されたQ種類の所定のピッチPq(q=1,2・・・Q)を有するパターンにて回折され、フォトレジスト層において結像したときの光強度分布をピッチ毎に計算により求め、該光強度分布から規格化像光強度対数勾配値又はコントラスト値である値Sq(i・ΔX,j・ΔY)をi=0〜I、j=0〜Jについて算出し、
(B)各ピッチPqにおいて設定された重率WTqに基づき、以下の式(1)から、重率平均した値SOPT(i・ΔX,j・ΔY)を算出し、
(C)値SOPT(i・ΔX,j・ΔY)なる相対光強度分布が得られるように、露光光源から射出され、露光用マスクへ入射する光の角度に対する光源強度分布を設計する、
工程から成ることを特徴とする光源強度分布設計方法。
Figure 2006216639
Angle of light used in a lithography process in the manufacturing process of a semiconductor device and emitted from an exposure light source for transferring a pattern formed on an exposure mask to a photoresist layer formed on a substrate and entering the exposure mask A light source intensity distribution design method for
(A) In light emitted from the exposure light source, four points (i · ΔX, j · ΔY), (−i · ΔX, j · ΔY), (−i · ΔX, −j) in the pupil coordinates of the equivalent light source surface ΔY), (i · ΔX, −j · ΔY) [where i = 0, 1, 2,... I, j = 0, 1, 2,... J, ΔX · I = σ, ΔY · J = σ, where σ indicates the size of the light source, and light assumed to be emitted from each of the point light sources positioned at a positive real number of 1 or less was formed on the exposure mask. A light intensity distribution is obtained by calculation for each pitch when diffracted by a pattern having Q kinds of predetermined pitches P q (q = 1, 2,... Q) and imaged on the photoresist layer. a normalized image intensity log slope values or contrast values from the distribution value S q (i · ΔX, j · ΔY) of i = 0 to i, for j = 0~J calculated And,
(B) Based on the weight ratio WT q set at each pitch P q , the weight average value S OPT (i · ΔX, j · ΔY) is calculated from the following equation (1):
(C) Design a light source intensity distribution with respect to an angle of light emitted from the exposure light source and incident on the exposure mask so that a relative light intensity distribution of value S OPT (i · ΔX, j · ΔY) is obtained.
A light source intensity distribution design method characterized by comprising steps.
Figure 2006216639
露光光源から射出され、露光用マスクへ入射する光の角度に対する光源強度分布を、露光光源と露光用マスクとの間に配置された回折光学素子に基づき得ることを特徴とする請求項1に記載の光源強度分布設計方法。   The light source intensity distribution with respect to the angle of the light emitted from the exposure light source and incident on the exposure mask can be obtained based on a diffractive optical element disposed between the exposure light source and the exposure mask. Light source intensity distribution design method. 前記工程(C)に引き続き、
(D)設定された光の角度に対する光源強度分布に基づき、露光用マスクに形成されたQ種類の所定のピッチPq(q=1,2・・・Q)を有するパターンを基体に塗布形成されたフォトレジスト層に転写したときのプロセス・マージンを算出し、
(E)全てのピッチPq(q=1,2・・・Q)において、算出されたプロセス・マージンが所定のプロセス・マージンを満足しているか否かを評価する、
工程を更に含み、
全てのピッチPq(q=1,2・・・Q)において、算出されたプロセス・マージンが所定のプロセス・マージンを満足していない場合、前記工程(B)においてピッチPqにおける重率WTqを変更して、前記工程(B)、前記工程(C)、該工程(D)、及び、該工程(E)を、全てのピッチPq(q=1,2・・・Q)において、算出されたプロセス・マージンが所定のプロセス・マージンを満足する迄、繰り返すことを特徴とする請求項1に記載の光源強度分布設計方法。
Following the step (C),
(D) Based on the light source intensity distribution with respect to the set light angle, a pattern having Q types of predetermined pitches P q (q = 1, 2... Q) formed on the exposure mask is applied and formed on the substrate. Calculate the process margin when transferred to the photoresist layer
(E) Evaluating whether or not the calculated process margin satisfies a predetermined process margin at all pitches P q (q = 1, 2,... Q)
Further comprising a step,
When the calculated process margin does not satisfy the predetermined process margin at all the pitches P q (q = 1, 2,... Q), the weight ratio WT at the pitch P q in the step (B). q is changed, and the process (B), the process (C), the process (D), and the process (E) are performed at all the pitches P q (q = 1, 2,... Q). 2. The light source intensity distribution design method according to claim 1, wherein the calculation is repeated until the calculated process margin satisfies a predetermined process margin.
重率WTqの変更にあっては、算出されたプロセス・マージンが所定のプロセス・マージンを満足していないピッチPqに関する重率WTqを変更することを特徴とする請求項3に記載の光源強度分布設計方法。 In the change of the heavy rate WT q, calculated process margin of claim 3, wherein the changing the weight ratio WT q with respect to the pitch P q which does not satisfy the predetermined process margin Light source intensity distribution design method. 前記工程(A)において、等価光源面の瞳座標における4点(i・ΔX,j・ΔY),(−i・ΔX,j・ΔY),(−i・ΔX,−j・ΔY),(i・ΔX,−j・ΔY)に位置する点光源のそれぞれから射出されると想定した光が、露光用マスクに形成されたQ種類の所定のピッチPqを有するパターンにて回折され、ベストフォーカス面からプロセス上必要とされる焦点深度に基づき規定される所定量だけデフォーカスしたデフォーカス面に形成する光強度分布をピッチ毎に計算により求めることを特徴とする請求項1に記載の光源強度分布設計方法。 In the step (A), four points (i · ΔX, j · ΔY), (−i · ΔX, j · ΔY), (−i · ΔX, −j · ΔY), ( The light that is assumed to be emitted from each of the point light sources located at i · ΔX, -j · ΔY) is diffracted by a pattern having a predetermined pitch P q of Q types formed on the exposure mask. 2. The light source according to claim 1, wherein a light intensity distribution formed on the defocus surface defocused by a predetermined amount defined based on a depth of focus required in the process from the focus surface is calculated for each pitch. Intensity distribution design method. 半導体装置の製造過程におけるリソグラフィ工程において用いられ、露光用マスクに形成されたパターンを基体に塗布形成されたフォトレジスト層に転写するための露光光源、及び、回折光学素子を有する露光装置であって、
(A)露光光源から射出される光において、等価光源面の瞳座標における4点(i・ΔX,j・ΔY),(−i・ΔX,j・ΔY),(−i・ΔX,−j・ΔY),(i・ΔX,−j・ΔY)[但し、i=0,1,2・・・I、j=0,1,2・・・・Jであり、ΔX・I=σ、ΔY・J=σであり、σは光源の大きさを示し、1以下の正の実数である]に位置する点光源のそれぞれから射出されると想定した光が、露光用マスクに形成されたQ種類の所定のピッチPq(q=1,2・・・Q)を有するパターンにて回折され、フォトレジスト層において結像したときの光強度分布をピッチ毎に計算により求め、該光強度分布から規格化像光強度対数勾配値又はコントラスト値である値Sq(i・ΔX,j・ΔY)をi=0〜I、j=0〜Jについて算出し、
(B)各ピッチPqにおいて設定された重率WTqに基づき、以下の式(1)から、重率平均した値SOPT(i・ΔX,j・ΔY)を算出し、
(C)値SOPT(i・ΔX,j・ΔY)なる相対光強度分布が得られるように、露光光源から射出され、露光用マスクへ入射する光の角度に対する光源強度分布を設計する、
工程から成る光源強度分布設計方法に基づき設定される、露光光源から射出され、露光用マスクへ入射する光の角度に対する光源強度分布を、露光光源と露光用マスクとの間に配置された回折光学素子に基づき得ることを特徴とする露光装置。
Figure 2006216639
An exposure apparatus having an exposure light source and a diffractive optical element for use in a lithography process in a manufacturing process of a semiconductor device and for transferring a pattern formed on an exposure mask to a photoresist layer coated on a substrate. ,
(A) In light emitted from the exposure light source, four points (i · ΔX, j · ΔY), (−i · ΔX, j · ΔY), (−i · ΔX, −j) in the pupil coordinates of the equivalent light source surface ΔY), (i · ΔX, −j · ΔY) [where i = 0, 1, 2,... I, j = 0, 1, 2,... J, ΔX · I = σ, ΔY · J = σ, where σ indicates the size of the light source, and light that is assumed to be emitted from each of the point light sources located at 1 or less is formed on the exposure mask. A light intensity distribution is calculated for each pitch when diffracted by a pattern having Q kinds of predetermined pitches P q (q = 1, 2,... Q) and imaged on the photoresist layer. a normalized image intensity log slope values or contrast values from the distribution value S q (i · ΔX, j · ΔY) of i = 0 to i, for j = 0~J calculated And,
(B) Based on the weight ratio WT q set at each pitch P q , the weight average value S OPT (i · ΔX, j · ΔY) is calculated from the following equation (1):
(C) Design a light source intensity distribution with respect to the angle of light emitted from the exposure light source and incident on the exposure mask so that a relative light intensity distribution of value S OPT (i · ΔX, j · ΔY) is obtained.
Diffraction optics arranged between the exposure light source and the exposure mask, the light source intensity distribution with respect to the angle of the light emitted from the exposure light source and incident on the exposure mask, which is set based on the light source intensity distribution design method comprising the steps An exposure apparatus characterized in that it can be based on an element.
Figure 2006216639
半導体装置の製造過程におけるリソグラフィ工程において用いられ、露光光源から射出された光を露光用マスクに照射し、該露光用マスクに形成されたパターンを基体に塗布形成されたフォトレジスト層に転写する露光方法であって、
露光光源から射出され、露光用マスクへ入射する光の角度に対する光源強度分布を、
(A)露光光源から射出される光において、等価光源面の瞳座標における4点(i・ΔX,j・ΔY),(−i・ΔX,j・ΔY),(−i・ΔX,−j・ΔY),(i・ΔX,−j・ΔY)[但し、i=0,1,2・・・I、j=0,1,2・・・・Jであり、ΔX・I=σ、ΔY・J=σであり、σは光源の大きさを示し、1以下の正の実数である]に位置する点光源のそれぞれから射出されると想定した光が、露光用マスクに形成されたQ種類の所定のピッチPq(q=1,2・・・Q)を有するパターンにて回折され、フォトレジスト層において結像したときの光強度分布をピッチ毎に計算により求め、該光強度分布から規格化像光強度対数勾配値又はコントラスト値である値Sq(i・ΔX,j・ΔY)をi=0〜I、j=0〜Jについて算出し、
(B)各ピッチPqにおいて設定された重率WTqに基づき、以下の式(1)から、重率平均した値SOPT(i・ΔX,j・ΔY)を算出し、
(C)値SOPT(i・ΔX,j・ΔY)なる相対光強度分布が得られるように、露光光源から射出され、露光用マスクへ入射する光の角度に対する光源強度分布を設計する、
工程から成る光源強度分布設計方法に基づき設定することを特徴とする露光方法。
Figure 2006216639
An exposure that is used in a lithography process in the manufacturing process of a semiconductor device, irradiates an exposure mask with light emitted from an exposure light source, and transfers a pattern formed on the exposure mask onto a photoresist layer formed on a substrate. A method,
The light source intensity distribution with respect to the angle of light emitted from the exposure light source and incident on the exposure mask,
(A) In light emitted from the exposure light source, four points (i · ΔX, j · ΔY), (−i · ΔX, j · ΔY), (−i · ΔX, −j) in the pupil coordinates of the equivalent light source surface ΔY), (i · ΔX, −j · ΔY) [where i = 0, 1, 2,... I, j = 0, 1, 2,... J, ΔX · I = σ, ΔY · J = σ, where σ indicates the size of the light source, and light that is assumed to be emitted from each of the point light sources located at 1 or less is formed on the exposure mask. A light intensity distribution is calculated for each pitch when diffracted by a pattern having Q kinds of predetermined pitches P q (q = 1, 2,... Q) and imaged on the photoresist layer. a normalized image intensity log slope values or contrast values from the distribution value S q (i · ΔX, j · ΔY) of i = 0 to i, for j = 0~J calculated And,
(B) Based on the weight ratio WT q set at each pitch P q , the weight average value S OPT (i · ΔX, j · ΔY) is calculated from the following equation (1):
(C) Design a light source intensity distribution with respect to the angle of light emitted from the exposure light source and incident on the exposure mask so that a relative light intensity distribution of value S OPT (i · ΔX, j · ΔY) is obtained.
An exposure method comprising: setting based on a light source intensity distribution design method comprising steps.
Figure 2006216639
露光光源から射出された光を露光用マスクに照射し、該露光用マスクに形成されたパターンを基体に塗布形成されたフォトレジスト層に転写し、該フォトレジスト層を現像して得られたエッチング用マスクを用いて基体をエッチングする工程を含む半導体装置の製造方法であって、
露光光源から射出され、露光用マスクへ入射する光の角度に対する光源強度分布を、
(A)露光光源から射出される光において、等価光源面の瞳座標における4点(i・ΔX,j・ΔY),(−i・ΔX,j・ΔY),(−i・ΔX,−j・ΔY),(i・ΔX,−j・ΔY)[但し、i=0,1,2・・・I、j=0,1,2・・・・Jであり、ΔX・I=σ、ΔY・J=σであり、σは光源の大きさを示し、1以下の正の実数である]に位置する点光源のそれぞれから射出されると想定した光が、露光用マスクに形成されたQ種類の所定のピッチPq(q=1,2・・・Q)を有するパターンにて回折され、フォトレジスト層において結像したときの光強度分布をピッチ毎に計算により求め、該光強度分布から規格化像光強度対数勾配値又はコントラスト値である値Sq(i・ΔX,j・ΔY)をi=0〜I、j=0〜Jについて算出し、
(B)各ピッチPqにおいて設定された重率WTqに基づき、以下の式(1)から、重率平均した値SOPT(i・ΔX,j・ΔY)を算出し、
(C)値SOPT(i・ΔX,j・ΔY)なる相対光強度分布が得られるように、露光光源から射出され、露光用マスクへ入射する光の角度に対する光源強度分布を設計する、
工程から成る光源強度分布設計方法に基づき設定することを特徴とする半導体装置の製造方法。
Figure 2006216639
Etching obtained by irradiating an exposure mask with light emitted from an exposure light source, transferring a pattern formed on the exposure mask to a photoresist layer formed on a substrate, and developing the photoresist layer A method of manufacturing a semiconductor device including a step of etching a substrate using a mask for manufacturing,
The light source intensity distribution with respect to the angle of light emitted from the exposure light source and incident on the exposure mask,
(A) In light emitted from the exposure light source, four points (i · ΔX, j · ΔY), (−i · ΔX, j · ΔY), (−i · ΔX, −j) in the pupil coordinates of the equivalent light source surface ΔY), (i · ΔX, −j · ΔY) [where i = 0, 1, 2,... I, j = 0, 1, 2,... J, ΔX · I = σ, ΔY · J = σ, where σ indicates the size of the light source, and light assumed to be emitted from each of the point light sources positioned at a positive real number of 1 or less was formed on the exposure mask. A light intensity distribution is calculated for each pitch when diffracted by a pattern having Q kinds of predetermined pitches P q (q = 1, 2,... Q) and imaged on the photoresist layer. a normalized image intensity log slope values or contrast values from the distribution value S q (i · ΔX, j · ΔY) of i = 0 to i, for j = 0~J calculated And,
(B) Based on the weight ratio WT q set at each pitch P q , the weight average value S OPT (i · ΔX, j · ΔY) is calculated from the following equation (1):
(C) Design a light source intensity distribution with respect to the angle of light emitted from the exposure light source and incident on the exposure mask so that a relative light intensity distribution of value S OPT (i · ΔX, j · ΔY) is obtained.
A method of manufacturing a semiconductor device, wherein the method is set based on a light source intensity distribution design method comprising steps.
Figure 2006216639
JP2005025978A 2005-02-02 2005-02-02 Method for designing light source intensity distribution, aligner, exposure method, and method for manufatcuring semiconductor device Pending JP2006216639A (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2005025978A JP2006216639A (en) 2005-02-02 2005-02-02 Method for designing light source intensity distribution, aligner, exposure method, and method for manufatcuring semiconductor device

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2005025978A JP2006216639A (en) 2005-02-02 2005-02-02 Method for designing light source intensity distribution, aligner, exposure method, and method for manufatcuring semiconductor device

Publications (1)

Publication Number Publication Date
JP2006216639A true JP2006216639A (en) 2006-08-17

Family

ID=36979616

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2005025978A Pending JP2006216639A (en) 2005-02-02 2005-02-02 Method for designing light source intensity distribution, aligner, exposure method, and method for manufatcuring semiconductor device

Country Status (1)

Country Link
JP (1) JP2006216639A (en)

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2011049401A (en) * 2009-08-27 2011-03-10 Canon Inc Determination method, exposure method, manufacturing method for device, and program
CN104155852A (en) * 2014-08-26 2014-11-19 中国科学院上海光学精密机械研究所 Light source optimization method of photolithography machine
KR20190057152A (en) * 2016-10-14 2019-05-27 케이엘에이-텐코 코포레이션 Diffraction-based focus metrology

Cited By (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2011049401A (en) * 2009-08-27 2011-03-10 Canon Inc Determination method, exposure method, manufacturing method for device, and program
CN104155852A (en) * 2014-08-26 2014-11-19 中国科学院上海光学精密机械研究所 Light source optimization method of photolithography machine
CN104155852B (en) * 2014-08-26 2016-04-13 中国科学院上海光学精密机械研究所 A kind of optimization method of litho machine light source
KR20190057152A (en) * 2016-10-14 2019-05-27 케이엘에이-텐코 코포레이션 Diffraction-based focus metrology
KR102234406B1 (en) 2016-10-14 2021-03-31 케이엘에이 코포레이션 Diffraction-based focus metrology

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP5143356B2 (en) Double exposure method using double exposure technique and photomask for this double exposure method
US7524620B2 (en) Pattern formation method
JP3275863B2 (en) Photo mask
JP2010079303A (en) Method of improving photomask geometry
US7910266B2 (en) Pattern forming method and mask
US20070031744A1 (en) Lithography process optimization and system
JP4886169B2 (en) Mask, design method thereof, exposure method, and device manufacturing method
US9291889B2 (en) Photo mask and method for forming pattern using the same
TW201017342A (en) Exposure method and memory medium storing computer program
CN110967934B (en) Photoetching process monitoring method
KR20190024852A (en) Multi-function overlay marks for reducing noise and extracting focus and critical dimension information
JP4684584B2 (en) Mask, manufacturing method thereof, and exposure method
KR101679476B1 (en) An extreme ultraviolet lithography process and mask
JPH10233361A (en) Exposure and exposure mask
US7092073B2 (en) Method of illuminating a photomask using chevron illumination
JP4957058B2 (en) Diffraction optical element and exposure apparatus provided with the element
JP2005157022A (en) Method for manufacturing mask having auxiliary pattern
JP2006216639A (en) Method for designing light source intensity distribution, aligner, exposure method, and method for manufatcuring semiconductor device
KR100846678B1 (en) A system and method for photolithography in semiconductor manufacturing
JP5068357B2 (en) Semiconductor device manufacturing method, photomask pattern design method, and photomask manufacturing method
JP5491272B2 (en) Determination method, exposure method and program
JP5863343B2 (en) Manufacturing method of semiconductor device
TWI691740B (en) Illumination optical system, exposure apparatus, and method of manufacturing article
KR100600042B1 (en) Modified aperture in exposure equipment for semiconductor device fabrication
JP2004205874A (en) Mask and method for manufacturing semiconductor device