CN101441406A - 曝光方法和网目调型移相掩模 - Google Patents

曝光方法和网目调型移相掩模 Download PDF

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CN101441406A CN200810181238.3A CN200810181238A CN101441406A CN 101441406 A CN101441406 A CN 101441406A CN 200810181238 A CN200810181238 A CN 200810181238A CN 101441406 A CN101441406 A CN 101441406A
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Abstract

本发明提供对曝光对象面进行曝光用的方法和在该方法中被使用的网目调型移相掩模。网目调型移相掩模具有容许从光源发射的光通过的基准区域和容许上述光的一部分通过的振幅相位调制区域。网目调型移相掩模的振幅相位调制区域对于基准区域的相位调制量是{360°×n+(182°～203°)}(n是整数)。

Description

曝光方法和网目调型移相掩模
本申请是申请号为200610073208.1、申请日为2006年4月5日、发明名称为“曝光方法和网目调型移相掩模”的发明专利申请的分案申请。
技术领域
本发明涉及网目调型移相掩模和使用该掩模进行的曝光方法。
背景技术
在半导体元件、显示器等的制造中，在由半导体、玻璃、树脂等构成的基板上设置的材料(层)上所涂敷的光刻胶的表面上使用了对在光掩模上形成的电子电路的图案(以下简单称为「图案」)进行曝光、转印的光刻。此外，即使在液晶显示装置的制造工序中，也使用了光刻的技术，具有以下示出的那样的特征。
例如，在液晶显示装置的制造工序中的光刻中，为了对大面积的曝光对象面高速地进行曝光，将曝光倍率定为等倍率。
此外，对于曝光中被使用的光的波长来说，如果使用比现在较多地使用的i线(波长365nm)短的波长，则具有可得到深的焦深的优点，为了得到这样的短波长，例如可考虑使用准分子激光器。但是，由于准分子激光器的价格高、此外存在振荡不稳定、保养困难这样的问题，故使用了价格比较低、此外工作稳定、保养容易的超高压水银灯的i线。
再者，伴随被曝光的图案的微细化的要求，要求在维持了曝光倍率和曝光波长的原有状态下实现曝光尺寸的微细化。但是，只要使用目前的铬掩模，由于曝光尺寸的微细化导致焦深的变浅，故试验了采用可得到比较深的焦深的网目调型移相掩模作为被使用的光掩模。
上述网目调型移相掩模具备容许从光源发射的光通过的基准区域和容许上述光的一部分通过的振幅相位调制区域。按照上述网目调型移相掩模，由于通过了上述基准区域的光与通过了上述振幅相位调制区域的光的相位反转(180°的相位差)，故在两通过光的边界部上引起因相位反转导致的光强度下降，可抑制在曝光对象面中的光强度分布的下部的扩展(「光刻技术的话题」1997年10月20日株式会社工业调查会发行第229～232页)。因此，可得到比铬掩模深的焦深。
但是，关于光掩模的焦深的深浅，一般来说，可通过看像面附近的光强度分布(空中像)来判断。即，在关于光轴方向上述光强度分布的变化小时，可判断焦深深。利用像面附近的光强度分布也可评价上述网目调型移相掩模中的焦深，知道了关于光轴方向光强度分布的变化比铬掩模小、即焦深深。再有，已知在掩模的图案比波长充分地大时，像面附近的光强度分布对于像面对称(镜对称)。
但是，根据发明者研究的结果可知，即使在上述网目调型移相掩模中，在其上形成的图案的尺寸与光源光的波长相比与其为同等程度或比其小时，该光强度分布的对于光轴的变化变大。此外，已知了伴随光强度分布对于像面呈非对称这样的现象。其结果，存在焦深变浅这样的课题。
发明内容
本发明的目的在于提供下述的网目调型移相掩模和使用了该网目调型移相掩模的曝光方法：即使是网目调型移相掩模且在其上形成的图案的尺寸与光源光的波长为同等程度的大小，也使空中像对于像面呈对称，其结果，减小了光强度分布的关于光轴方向的变化，使焦深变深。
本发明是一种使用具有容许从光源发射的光通过的基准区域和容许上述光的一部分通过的振幅相位调制区域的网目调型移相掩模对曝光对象面进行曝光的方法，其特征在于：
上述网目调型移相掩模的振幅相位调制区域中的下述式的φ的值比上述基准区域中的下述式的φ的值大182°～203°，
φ＝φ1-φ2
φ 1 = 360 deg × Σ i n i × t i / λ
其中，i：各区域中存在的相位调制层的编号，ni：各区域中存在的第i相位调制层的折射率，ti：各区域中存在的第i相位调制层的厚度，λ：光的波长，
φ 2 = Σ i arg { 2 ( n i - i k i ) / ( n i + n i + 1 - i ( k i + k i + 1 ) ) }
其中，i：规定各区域中存在的界面的层的编号，ni：规定各区域中存在的界面的第i层的折射率，ki：规定各区域中存在的界面的第i层的衰减系数。
与曝光方法有关的另一方面的特征在于：
上述网目调型移相掩模的振幅相位调制区域对于基准区域的相位调制量以通过上述移相掩模后的光的波面移动到上述光源一侧的方向为正，是超过180度的值。
与曝光方法有关的又一方面的特征在于：
上述网目调型移相掩模的振幅相位调制区域对于基准区域的相位调制量以通过上述移相掩模后的光的波面移动到上述光源一侧的方向为正，是{360°×n+(182°～203°)}(n是整数)。
上述光源和光可分别定为超高压水银灯和该超高压水银灯发出的i线。可使用1/2倍～1倍的成像光学系统进行对上述曝光对象面的成像。上述基准区域可定为包含最小直径为0.4～0.8μm的孤立图案。
此外，本发明是一种具有容许从光源发射的光通过的基准区域和容许上述光的一部分通过的振幅相位调制区域的网目调型移相掩模，其特征在于：
上述网目调型移相掩模的振幅相位调制区域中的下述式的φ的值比上述基准区域中的下述式的φ的值大182°～203°，
φ＝φ1-φ2
φ 1 = 360 deg × Σ i n i × t i / λ
其中，i：各区域中存在的相位调制层的编号，ni：各区域中存在的第i相位调制层的折射率，ti：各区域中存在的第i相位调制层的厚度，λ：光的波长，
φ 2 = Σ i arg { 2 ( n i - i k i ) / ( n i + n i + 1 - i ( k i + k i + 1 ) ) }
其中，i：规定各区域中存在的界面的层的编号，ni：规定各区域中存在的界面的第i层的折射率，ki：规定各区域中存在的界面的第i层的衰减系数。
与网目调型移相掩模有关的另一方面的特征在于：
上述网目调型移相掩模的振幅相位调制区域对于基准区域的相位调制量以通过上述移相掩模后的光的波面移动到上述光源一侧的方向为正，是超过180度的值。
与网目调型移相掩模有关的又一方面的特征在于：
上述网目调型移相掩模的振幅相位调制区域对于基准区域的相位调制量是{360°×n+(182°～203°)}(n是整数)。
与网目调型移相掩模有关的又一方面的特征在于：
上述网目调型移相掩模的振幅相位调制区域具有像面附近的光强度的分布对于上述像面对称的层结构。
在本发明中，上述式中的φ1表示通过光在分别构成网目调型移相掩模中的基准区域和振幅相位调制区域的材料中传送而发生的相位差，φ2表示在上述材料的界面上产生的相位跳跃(相位的变化)。
按照与网目调型移相掩模和使用了该网目调型移相掩模的曝光方法有关的本发明，通过将从上述振幅相位调制区域中的φ＝φ1-φ2的值减去上述基准区域中的φ＝φ1-φ2的值的值设定为182°～203°，使关于网目调型移相掩模的光强度分布、即空中像对于像面呈对称，可减小关于光轴方向的变化。因此，可得到比较深的焦深。根据这一点，即使是具有比较大的板厚偏差的玻璃基板，也可将其作成被曝光基板。
附图说明
图1是曝光装置的概略图。
图2是网目调型移相掩模的一例的平面图。
图3是沿图2的线3-3得到的剖面图。
图4是另外的网目调型移相掩模的例子的与图3同样的剖面图。
图5是另外的网目调型移相掩模的例子的与图3同样的剖面图。
图6是另外的网目调型移相掩模的例子的与图3同样的剖面图。
图7是另外的网目调型移相掩模的例子的与图3同样的剖面图。
图8(a)是通过使用与本发明有关的网目调型移相掩模得到的空中像(光强度分布图)，图8(b)是通过使用相同类型的现有的网目调型移相掩模得到的空中像。
图9(a)是通过使用与本发明有关的具有另外的相位调制量的网目调型移相掩模得到的空中像，图9(b)是通过使用相同类型的现有的网目调型移相掩模得到的空中像。
图10(a)是通过使用与本发明有关的具有另外的相位调制量的网目调型移相掩模得到的空中像，图10(b)是通过使用相同类型的现有的网目调型移相掩模得到的空中像。
图11(a)、图11(b)和图11(c)分别是通过使用被设定为不同的相位调制量的图9中示出的网目调型移相掩模得到的空中像。图11(b)与图9(a)是相同的。
图12(a)是通过使用与本发明有关的具有另外的相位调制量的网目调型移相掩模得到的空中像，图12(b)是通过使用相同类型的现有的网目调型移相掩模得到的空中像。
图13(a)是通过使用与本发明有关的具有另外的相位调制量的网目调型移相掩模得到的空中像，图13(b)是通过使用相同类型的现有的网目调型移相掩模得到的空中像。
图14是示出关于与本发明有关的不同类型的网目调型移相掩模的相位调制量的最佳值及其上限值和下限值。
图15是对图14中示出的值进行作图得到的曲线图。
具体实施方式
如果参照说明与本发明有关的曝光方法的图1，则从光源10发射的光12通过网目调型移相掩模(以下，简单称为「掩模」)14，经过包含透镜的成像光学系统16，到达在由硅晶片或玻璃基板、树脂基板等构成的曝光对象物18上被涂敷的光刻胶所规定的面(曝光对象面)20，对该曝光对象面进行曝光。由此，将在掩模上形成的图案(参照图2)转印到曝光对象面20上。将曝光对象面20配置在由成像光学系统16决定的像面或其附近。曝光倍率可定为1/2～1倍。
光源10例如由超高压水银灯构成，从该水银灯发射的光12包含i线(波长365nm)。
如图2中所示，掩模14具有容许光12通过的多个基准区域22和容许光12的一部分通过的振幅相位调制区域24。在此，关于光的通过，可考虑用光源决定的既定波长的光。此外，所谓光12的一部分通过，意味着只使光的能量的一部分通过、即使光的能量衰减。此外，在基准区域22中，与振幅相位调制区域24相比，假定光的衰减小。在图示的例子中，各自的基准区域22规定具有矩形的平面形状的孤立图案。因此，在曝光对象面20上对上述孤立图案进行曝光。作为一例，可假定上述孤立图案具有0.4～0.8μm的一边的长度(最小长度)(在圆形的情况下是最小直径)的图案。
如图3～图7中所示，掩模14由石英基板26和在其表面上层叠的网目调胶片28构成，基准区域22由石英基板26的一部分构成，振幅相位调制区域24由网目调胶片28和位于其正下方的石英基板26的另外一部分构成。
网目调胶片28由CrON、MoSiON、WSiON、SiN等的光吸收材料构成，吸收通过该材料的光的约99～80％。因而，基准区域22具有大致100％的光透射率，振幅相位调制区域24具有约1～20％的光透射率。
因此，通过振幅相位调制区域24的光，除了其相位如后述那样被调制外，其振幅也同时被调制。
构成振幅相位调制区域24的一部分的网目调胶片28可如图3、图4和图7中所示那样由单层构成，或可如图5和图6中所示那样由2层30、32构成，或可由大于等于3的多层(未图示)构成。如图5和图6中所示，可使厚度尺寸不同的2层30、32的上下位置反过来。
此外，如图4和图7中所示，可将基准区域22中的石英基板26的表面(在图中是上面)34和振幅相位调制区域24中的表面36设定成具有台阶差。在图4中示出的例子中，石英基板26的一部分被切除，在图上，基准区域22中的表面34处于比振幅相位调制区域24中的表面36低的位置上。在图7中示出的例子中，将网目调胶片28的一部分配置成部分地被埋入石英基板26中，故相反地基准区域22中的表面34处于比振幅相位调制区域24中的表面36高的位置上。
基准区域22与振幅相位调制区域24中的层结构的差别发生相位差，但将有助于相位差的发生的单个或多个层称为相位调制层。例如在图4中示出的例子中，在基准区域22中空气层40是相位调制层，此外，在振幅相位调制区域24中基板26的一部分的层38和网目调胶片28是相位调制层。
利用与本发明有关的掩模14得到的相位调制量是超过180°的大小，最好是182°～203°，更详细地说，以通过上述移相掩模后的光的波面移动到上述光源一侧的方向为正，是{360°×n+(182°～203°)}(n是整数)。通过将上述相位调制量设定为这样的值，与设定成作为现有的相位调制量的180°的情况相比，可使焦深更大、即更深。
如后述那样，关于上述网目调型移相掩模，通过将该振幅相位调制区域作成具有像面附近的光强度的分布对于上述像面呈对称的层结构的区域，可得到上述效果。
上述相位调制量是将以下的2式分别应用于掩模14的两区域22、24得到的值φ(＝φ1-φ2)的差。
φ 1 = 360 deg × Σ i n i × t i / λ
在此，i是各区域22或24中存在的相位调制层的编号，ni是各区域22或24中存在的第i相位调制层的折射率，ti是各区域22或24中存在的第i相位调制层的厚度，λ是光12的波长。
φ 2 = Σ i arg { 2 ( n i - i k i ) / ( n i + n i + 1 - i ( k i + k i + 1 ) ) }
在此，i是规定各区域22或24中存在的界面的层的编号，ni是规定各区域22或24中存在的界面的第i层的折射率，ki是规定各区域22或24中存在的界面的第i层的衰减系数。将i定为从光源一侧起顺序地加上的编号。必须考虑到最外界面的外侧的材料或层。例如在图3的结构中的振幅相位调制区域24中，以考虑与基板26和网目调胶片28相接的空气层。再有，φ将透过掩模后的波面移动到光源一侧的方向定为正，在求φ时之所以将φ1定为正、将φ2定为负进行了加法运算，是为了使其合并在一起。
从上述φ1的计算式可明白，通过增加相位调制层的厚度，可将上述相位调制量的大小设定得更大。但是，在改变上述相位调制量时，希望振幅调制量不变化。例如，在网目调胶片28由单一的层构成的情况下，通过改变该单一层的材料组成，此外在由多个层构成的情况下，利用各层的光学特性不同，通过加减各层的厚度而不改变材料组成，可同时控制上述相位调制量和上述振幅调制量。
上述φ1的计算式中的相位调制层，在图3中示出的掩模14的例子中，在基准区域22中是空气层40，在振幅相位调制区域24中是网目调胶片28。此外，在图5和图6中示出的例子中，在基准区域22中分别是空气层40，在振幅相位调制区域24中是网目调胶片(层30和层32)28。
与此不同，在图7的例子中，在基准区域22中是石英基板26的一部分38和空气层40，在振幅相位调制区域24中是网目调胶片28。
用以上的说明可知，关于在上述φ1的计算方面基准区域22和振幅相位调制区域24的共同部分、即在图3、图5和图6的例子中石英基板26、在图4和图7的例子中与石英基板26中的相位调制层38相比存在于下方的部分，由于在上述φ的计算中计算式φ1中的要素ni被抵消，故关于这些共同部分在实际中没有必要成为计算式φ1的要素。
其次，规定计算式φ2中的界面的层，在图3、图5和图6的例子中在基准区域22中是石英基板26和与其相接的空气层40，在振幅相位调制区域24中是石英基板26、网目调胶片28(在图5和图6的例子中是层30和层32)和与其相接的空气层。此外，在图4的例子中，在基准区域22中是石英基板26和与其相接的空气层40，在振幅相位调制区域24中是石英基板26、层38、网目调胶片28和与其相接的空气层，在图7的例子中，在基准区域22中是石英基板26、层38和与该层相接的空气层40，在振幅相位调制区域24中是石英基板26、网目调胶片28和与其相接的空气层。在φ2的计算中，与φ1的计算不同，必须考虑共同部分的层结构。
计算式φ1表示光12在上述相位调制层中传送时产生的光12的相位差。
此外，计算式φ2表示在上述层相互间的界面上产生的光12的相位跳跃(相位的变化)。这是光从具有折射率ni和衰减系数ki的层朝向具有折射率ni+1和衰减系数ki+1的层入射时的这些层的界面中的菲涅耳系数(光的复振幅之比)τ＝2(ni-iki)/(ni+ni+1-i(ki+ki+1))的相位角。
再有，在φ的计算中，未考虑因上述界面导致的重复反射的影响。这是因为，由于在网目调型移相掩模中上述层的衰减系数即吸收率大，故可将其忽略。
即使不知道层结构，也可利用相位差测定装置(例如使用Mach-Zehnder干涉计的方式的装置)测定掩模14的相位调制量和透射率。此外，可利用椭偏仪测定上述层的折射率和衰减系数。
其次，在图8(a)、图9(a)和图10(a)以及图8(b)、图9(b)和图10(b)中关于具有由图3中示出的单一层构成的网目调胶片的掩模示出改变了网目调胶片的材料和厚度的情况的像面附近的空中像(光强度分布图)。上述掩模的图案使用了与图2同样的0.5μm见方的正方形。在这些图中，用等高线示出光强度，在用这些等高线包围的部分中，用最内侧的等高线包围的部分的光强度最高。关于光强度的值，将与透射率100％的掩模对应的强度规格化为1。此外，在各图的上方位置上示出了上述网目调胶片的厚度尺寸的设定值(T)和所得到的相位调制量(°)。再有，相位调制量是利用上述计算式φ从设定值(T)求出的值。
图8、图9和图10中示出的掩模中的上述网目调胶片的光学特性分别是n＝2.0和k＝0.519、n＝2.40和k＝0.719以及n＝3.0和k＝1.04。
各图中的纵轴和横轴分别表示离像面的距离(μm)和像面上的坐标(μm)。纵轴的0表示包含该0的面是像面。关于纵轴的值，用正数表示接近于成像光学系统的值。此外，横轴的0点表示矩形图案的中心。
从图8(b)、图9(b)和图10(b)可明白，在将相位差(相位调制量)设定为180°的情况下，光强度分布对于像面都呈非对称。因此，光轴方向的变化大。即，焦深浅。与此不同，从图8(a)、图9(a)和图10(a)可明白，在将相位差设定为比180°大的情况下，光强度分布对于像面都呈对称。因此，光轴方向的变化小。即，焦深深。这一点显示出，与将相位调制量定为180°的掩模相比，具有超过180°的相位调制量的与本发明有关的掩模14具有深的焦深。
其次，在图11(a)、图11(b)和图11(c)中示出既维持图9(a)中示出的例子中的条件又改变了网目调胶片28的厚度的情况的空中像。但是，图11(b)与图9(a)是相同的，为了参照起见再次示出。
图11(a)和(c)分别示出将图11(b)中示出的相位调制量(187°)作为最佳值、与该值的差分别为±5°的相位调制量(192°和182°)的情况的空中像。可以说这些空中像分别在图上大致在上下呈对称。在处于离相位调制量的最佳值为±5°的范围的相位调制量下能实现上述那样的对称性这一点即使在图4～7中示出的其它的掩模14中也是同样的。
按照上述计算，在离上述最佳值超过±5°的范围的相位调制量中，上述空中像的对称性完全破坏，可确认焦深变浅。
在图12(a)、(b)和图13(a)、(b)中分别示出对于图5和图6中示出的掩模14的例子进行的与图8～图10中示出的同样的研究结果。
在图12中示出的例子中，网目调胶片的层30和层32分别由CrON和CrN构成，各自的厚度在(a)中是135nm和20nm，在(b)中是128nm和20nm。在图13中示出的例子中，网目调胶片的层32和层30分别由CrN和CrON构成，各自的厚度在(a)中是20nm和135nm，在(b)中是20nm和125nm。
在图12和图13中示出的例子中的上述相位调制量的最佳值分别是190°和194°，可知即使在该层结构中，最佳的相位差也比180°大。
在图14中与其上限值(+5°中的)和下限值(-5°中的)一起示出用图8-图10的结果(关于图3中示出的结构的掩模的)和图12的结果(关于图5中示出的结构的掩模的)、图13的结果(关于图6中示出的结构的掩模的)得到的最佳的相位调制量。
如果在曲线图中示出图14中示出的值，则如图15中所示。用实线示出的折线表示关于各掩模的最佳相位调制量，用其上下的虚线示出的折线分别表示上限值和下限值。
从该曲线图可得到182°～203°或{360°×n+(182°～203°)}作为实现具有上述对称性的空中像的相位调制量、即可得到深的焦深的相位调制量的值。
【实施例1】
用以下的条件进行了对光刻胶的曝光。
波长          365nm(i线)
曝光倍率      等倍率
数值孔径      0.35
相干因子σ     0.4
曝光图案      0.5μm见方的正方形开口
掩模结构      是图6中示出的相位调制量为194°的网目调型移相掩模14，其石英基板26具有6.35mm的厚度尺寸，此外，其网目调胶片28的层32、30分别具有20nm和135nm的厚度尺寸。层32、30分别由CrN和CrON构成。
其结果，在光刻胶膜表面(曝光对象面)的图案的一边的长度处于0.5μm±其10％的范围内是有效的判断基准下，得到了焦深6μm。为了比较起见，在使用相位调制量为180°的同样的结构的网目调型移相掩模进行了同样的曝光时，所得到的焦深是1μm。根据这一点，按照使用了与本发明有关的掩模的曝光方法，确认了与现有相比可使焦深更深。

Claims (1)

1.一种具有容许从光源发射的光通过的基准区域和容许上述光的一部分通过的振幅相位调制区域的网目调型移相掩模，其特征在于：
上述网目调型移相掩模的振幅相位调制区域具有像面附近的光强度的分布对于上述像面对称的层结构。
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