JP2007049026A - 微細パターンの形成方法およびその形成材料 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】 本発明の微細パターンの形成方法は、基板上に、露光波長λでの屈折率がnbのレジスト膜と、露光波長λでの屈折率がncで膜厚がdの上層膜を形成し、露光波長λでの屈折率がndの露光媒体中において、レンズ開口数がNAで露光波長がλの縮小投影露光によりフォトリソグラフィを行なうパターン形成方法であって、
nc=(nb・nd)1/2
d=k・λ/[4nccos{arcsin(NA/nc)}] (k=1,3,5・・・)
であることを特徴とする。
【選択図】 図11
Description
Kouichirou Tsujita & Isao Mita, Improvement of deteriorated resolution caused by polarization phenomenon with TARC process, "Optical Microlithography XVII, edited by Bruce W. Smith, Proceedings of SPIE" (2004) vol. 5377 pp80-90 Bruce W. Smith et al., Approaching the numerical aperture of water immersion lithography at 193nm "Optical Microlithography XVII, edited by Bruce W. Smith, Proceedings of SPIE" (2004) vol. 5377 pp273-284 Alex K. Raub et al., Deep-UV Immersion Interferometric Lithography, "Optical Microlithography XVII, edited by Bruce W. Smith, Proceedings of SPIE" (2004) vol. 5377 pp306-318
nc=(nb・nd)1/2
d=k・λ/[4nccos{arcsin(NA/nc)}] (k=1,3,5・・・)
であることを特徴とする。
tab(s)=2nacosθa/(nacosθa+nbcosθb)
tab(p)=2nacosθb/(nacosθb+nbcosθa)
Tab={(nb/cosθb)/(na/cosθa)}・|tab|2
ここで、aは上層の露光媒体を示し、bは下層のレジスト膜を示す。したがって、naは露光媒体の屈折率、nbはレジスト膜の屈折率を表し、θaは露光媒体中の入射角度、θbはレジスト膜中の入射角度を表す。
Mtac={tabtbcexp(−iδ/2)}/{1+rabrbcexp(−iδ)}
δb=(4πnbdbcosθb)/λ
ここでaは最上層の露光媒体、bは中間層の上層膜、cが最下層のレジスト膜を示す。したがって、tabは、露光媒体から上層膜への電界振幅透過率、tbcは上層膜からレジスト膜への電界振幅透過率、rabは露光媒体への上層膜表面の電界振幅反射率、rbcは上層膜へのレジスト膜表面の電界振幅反射率を示す。また、上層膜における屈折率をnb、膜厚をdb、入射角をθbとし、δbは上層膜の1往復で生じる位相差を表す。最終的に計算されるMtacが上層膜での多重反射を考慮した露光媒体からレジスト膜への電界振幅透過率を表し、この2乗にエネルギー密度に変換するため、入射側と透過側の屈折率と余弦の比で校正した次式で、光強度の露光媒体からレジスト膜への透過率Tacを表す。なお、rαβはサフイックス界面の電界振幅反射率、tαβはサフイックス界面電界振幅透過率を意味する。
Tac=(nc/cosθc)/(na/cosθa)・|Mtac|2
図4(b)に、水を露光媒体とし、上層膜(膜厚35nm)として上層膜の標準品である東京応化工業株式会社製のTSP3Aを用いた場合における、各偏光(s偏光、p偏光)の透過率の入射角度の正弦関数(nwater・sinθwater)への依存性を示す。図4(b)を見ると入射角が広角化するに従い、p偏光42の透過率よりs偏光41の透過率は小さくなり、光学コントラストに悪影響を及ぼすことがわかる。
Mrca={rcb+rba・exp(−iδ)}/{1+rcbrba・exp(−iδ)}
この理論式に基づき、まず、垂直入射で水を露光媒体としたときに、レジスト膜への再入射反射光を最小化する上層膜の屈折率と膜厚を図7に示す。図7は、屈折率と膜厚の変化に対するs偏光とp偏光の平均値の等高線グラフを示す。図7から、垂直入射の光に対しては、上層膜の屈折率と膜厚の最適値は、屈折率=1.56で、膜厚が32nmであることがわかる。これに対し、屈折率を1.56に固定し、液浸のNA=nwater×sinθwaterの入射角で、露光媒体である水に入射する光に対し、上層膜の膜厚変化に対して、再入射反射光(s偏光とp偏光の平均値)の値を計算した結果を図8に示す。図8から、膜厚が垂直入射の最適値32nmの場合、NA=nwater×sinθwaterが広角化したときに再入射反射光の強度が強くなり、レジスト上層の反射防止膜機能を果たさなくなる。
e2=rbc
=(nb−nc)/(nb+nc)
e1=tbc・rcd・tcb
={2nb/(nb+nc)}・{(nc−nd)/(nc+nd)}・{2nc/(nc+nb)}
e1=e2として近似解を求めると、
nc=(nb・nd)1/2
が得られる。したがって、レジスト膜の屈折率nbが1.72で、露光媒体である水の屈折率ndが1.44とした時、上層膜の屈折率ncは、
nc=(1.72・1.44)1/2
=1.574
となる。
NA=ndsinθdmax
である。
d=k・λ/(4nccosθc) (k=1,3,5・・・)
となる。
Optical pass defference=2d'−α
NA=ndsinθd=ncsinθc
sinθc=NA/nc
また、θc=arcsin(NA/nc)
d'=d/cosθc
β=2d'sinθcより
α=βsinθc=2d'sin2θc
Optical pass defference=2d'−2d'sin2θc=2d'cos2θc=2dcosθc
逆位相になるためには、Optical pass defference={λ/(2nc)}×k (k=1,3,5・・・)より
2dcosθc={λ/(2nc)}×k (k=1,3,5・・・)
d=k・λ/(4nccosθc)
であり、
θc=arcsin(NA/nc)
k=1,3,5・・・
である。
d=k・λ/[4nccos{arcsin(NA/nc)}] (k=1,3,5・・・)
このように、上層膜の屈折率と膜厚を広角入射角に対して最適化することにより、解像性の高いs偏光のレジスト膜への透過率を高めるとともに、広角入射光を含む実効的入射光に対するレジスト上層反射防止効果を得られ、微細なピッチのパターンを高精度に形成することができる。
d=k・λ/[4nccos{arcsin(α・NA/nc)}] (k=1,3,5・・・)
とし、レンズの瞳面上に形成されるマスクパターンの回折空間周波数分布に対応して実効的にパターン形成に用いられるレンズ開口数を、0≦α≦1の範囲で調整することにより、マスクパターンに対して上層膜の膜厚dを最適化することができる。α値は、パターンレイアウトに依存するものであり、0≦α≦1の範囲で最適化すべきであるが、標準的なシステムLSIのゲートパターンでのレンズ瞳面上の回折光分布では、0.6≦α≦0.8が望ましく、0.7が好適である。
Claims (6)
- 基板上に、露光波長λでの屈折率がnbのレジスト膜と、露光波長λでの屈折率がncで膜厚がdの上層膜を形成し、露光波長λでの屈折率がndの露光媒体中において、レンズ開口数がNAで露光波長がλの縮小投影露光によりフォトリソグラフィを行なうパターン形成方法であって、
nc=(nb・nd)1/2
d=k・λ/[4nccos{arcsin(NA/nc)}] (k=1,3,5・・・)
であることを特徴とする微細パターンの形成方法。 - 前記露光媒体は、nd=1.44の水であり、前記レジスト膜は、1.65≦nb≦1.8であり、前記上層膜は、1.54≦nc≦1.61であることを特徴とする請求項1に記載の微細パターンの形成方法。
- 前記露光媒体は、1.6≦nd≦1.7の高屈折率液体であり、前記レジスト膜は、1.65≦nb≦1.8であり、前記上層膜は、1.62≦nc≦1.75であることを特徴とする請求項1に記載の微細パターンの形成方法。
- 前記露光媒体は、nd=1の大気であり、前記レジスト膜は、1.65≦nb≦1.8であり、前記上層膜は、1.28≦nc≦1.34であることを特徴とする請求項1に記載の微細パターンの形成方法。
- 前記上層膜は、
d=k・λ/[4nccos{arcsin(α・NA/nc)}] (k=1,3,5・・・)
であり、0≦α≦1であることを特徴とする請求項1に記載の微細パターンの形成方法。 - 請求項1〜5のいずれかに記載の微細パターンの形成方法において使用する上層膜材料であって、カルボン酸基、フェノール基、フッ化アルコール基、スルホン酸基および無水マレイン酸基からなる群より選ばれる少なくとも1種の官能基を備えるポリマーを主成分とすることを特徴とする微細パターンの形成材料。
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