JP2004517474A - 位相シフトアパーチャを用いる投射リソグラフィー - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、一般的には半導体の製造に用いられるフォトリソグラフィーに関するものである。特には、サイド極大値形成(side maxima formation)に起因する影響を低減するために、非コヒーレント光を形成する位相シフトを用いた投射リソグラフィー(projection lithography)における光学像(aerial image)の改善に関するものである。
【0001】
(発明の背景)
半導体の特徴寸法(feature sizes)を超微細な範囲に縮小してゆくと、フォトリソグラフィープロセス時の光回折効果がより顕著になってゆく。一般に、紫外線(UV)照射ツールは、193、248または365nmの波長を有する光源を使用する。そして、このようなツールを特徴寸法70〜350nmの半導体デバイス形成に用いると、光回折効果が非常に顕著に現れ、半導体デバイスのプリントパターンに影響するような障害を引き起こす。
【0002】
干渉効果が特に問題となる領域は、互いに直交に配されたパターンとなっている領域である。この干渉効果によって、光学像は劣化する(degrade)傾向にある。したがって、解像度およびフォトリソグラフィーのプロセス手段(process window)が限定されてしまうこととなる。この干渉効果は、特に、アレイ型パターン(array type patterns)のエッジにて見られ得る。なお、アレイ型パターンのエッジにて光波は、より容易にこのエッジ領域で重なり合う、または、エッジ領域で弱め合う。特には、この干渉効果は、半導体ウェハのパターンのプリントにおいてサイド極大値として現れ、プリント形成したパターンの解像度に悪影響を及ぼす。
【0003】
また、パターンの解像度を全体的に改善するために、様々な方法を用いた従来技術の解決策がある。これら従来技術の解決策には、斜入射照明(off−axis illumination)または位相シフトマスクを利用するものもある。斜入射照明は、通常、投射ラインの外側に回折されるいくつかの光線を再び集光することによって、解像度を全体的に高める。また、位相シフトマスクは、光線の位相をシフトさせて、異なるフィーチャ(features)間にて位相差が存在する非コヒーレント光を形成する。このようにして、フィーチャの解像度は改善される。しかし、本発明は、上述した従来技術の解決策を提供するだけではなく、直交するように方向付けられたフィーチャのリソグラフィー画質(imaging quality)をも改善する。本発明は、簡単で、既存のフォトリソグラフィー光学(photolithographic optics)または装置を変更する必要のない、コストのかからない解決策からなる。
【0004】
(発明の概要)
コスト効率が良く、容易である、直交するように方向付けられたフィーチャのリソグラフィー画質を改善する解決策は、本発明の好ましい実施形態によって達成される。なお、本発明の好ましい実施形態は、画質を改善する位相シフトを提供する光透過領域を有するプレートを備える。また、好ましい一実施形態において、上記プレートは、プレートの中心に配される第1不透明領域と、上記プレートの外側エッジに形成される第2不透明領域とを有している。上記第1および第2不透明領域は、それらの間にて環状領域を規定する。該環状領域は、光透過性であり、第1光透過領域および第2光透過領域からなる。上記第1光透過領域は、それを透過する光に第1位相シフトを与え、上記第2光透過領域は、それを透過する光に第2位相シフトを与える。
【0005】
また、本発明は、半導体ウェハにパターンを形成するフォトリソグラフィーの方法も開示している。この方法は、上記ウェハをレジスト層によってコーティングする工程と、コヒーレントの光源を設ける工程と、アパーチャの中心に位置する不透明領域と、第1光透過領域を透過する光に第1位相シフトを与える第1光透過領域および第2光透過領域を透過する光に第2位相シフトを与える第2光透過領域を有するアパーチャを、上記光源からの光が透過することによって、光源から非コヒーレントの光を導き出す工程とを含んでいる。さらに、この方法は、パターンが形成されたフォトマスクを、非コヒーレント光が透過する工程と、非コヒーレント光が上記フォトマスクを透過した後に、非コヒーレント光によってレジスト層を照射する工程とを含んでいる。
【0006】
本発明の好ましい実施形態は、その利点の1つとして、直交するように方向付けられたフィーチャの解像度を改善する解決策を、低コストにて提供するという点にある。
【0007】
また、本発明の他の利点としては、既存のフォトリソグラフィー光学を変更する必要がないという点にある。
【0008】
(具体的な実施形態の詳述)
いくつかの実施形態の構成および実施について、以下に詳述する。しかしながら、本発明は、多くの適用可能な発明概念を提供しており、その発明概念は、限定した状況を、幅広く多様な実施に適用できるということは認められるべきである。詳述する特定の実施形態は、本発明の特定の構成および使用方法を単に示しているにすぎず、本発明の範囲を限定するものではない。
【0009】
図1は、従来技術のフォトリソグラフィー装置10を示している。この装置は、光源2、フォトマスク8、焦点レンズ9、および、半導体ウェハ6またはそのような基板に形成された感光性層(フォトレジスト層)4を備えている。パターンは、光源2からの光が、転写される所望のパターンが形成されているフォトマスク8を透過することによって、フォトレジスト層4に形成される。また、上記光は、層4に達する(impinging)前に、集点レンズ9を透過する。しかし、上記光は、光源2にて発生する光線13を回折させることとなる干渉効果を被ってしまう。
【0010】
光源2が、フォトマスク8を照射すると、照明の円形パターンが、フォトマスク8の平面17に形成される。なお、この円形パターンは、図2Aの、平面17を上から見た図において示されている。互いが直交する方向に配されるフィーチャに関して、軸22に対して平行な光線は、例えば第1フィーチャ24のようなそれらのフィーチャを規定する。軸26に対して平行な光線は、第1フィーチャ24に対して直交する方向の位置をなす、例えば第2フィーチャ28のようなフィーチャを規定する。しかし、光源2がフォトマスク8を照射すると、フォトマスクにて第1および第2フィーチャ24、28の範囲を規定する、フォトマスクを透過する上記光線は、図2Bに示したように、回折してもよい。記号mは、回折次数(order of diffraction)を表している。ゼロという次数は、回折なしを表しており、部分的に回折された次数は、x軸上の変化量によって表される。(変化量は、y軸方向に対する、それら回折した光線の状態を基準として、所定の正および負で示される。)上記光線の回折は、図2Cに示すように、所定の強度を有するサイド極大値15となる。このサイド極大値15は、所望されるパターンのコントラストを低下させるので解像度を下げる。さらにまた、フォトマスク8の第1および第2フィーチャ24・28のサイド極大値15が重なり合うとき、上記サイド極大値は整合して合算され、所望されるパターンのコントラストをさらに低下させる。
【0011】
図3は、本発明のアパーチャの好ましい第1の実施形態を示している。そして、本発明のアパーチャは、光の干渉から生じるサイド極大値が重なり合うことに関する影響を低減する。光学像を改善するためのプレート50は、略円形であり、外側エッジ52を備えている。このプレートは、特に限定されるものではないが、シリカガラスから作られていてもよい。上記プレート50は、第1不透明領域54を含んでおり、該第1不透明領域54は、略円形でプレート50の中心に位置する。第2不透明領域56は、プレート50の第1不透明領域54と、プレート50の外側エッジ52との間に形成されている。環状領域58は、プレート50の周りに、第1不透明領域54と第2不透明領域56とによって形成される。上記環状領域58は、第1、第2、第3、および、第4セクター60、62、64、66にそれぞれ分割されている。この光透過セクターは、以下で詳述するように、所望の位相シフトを与えるアパーチャ材料の厚さを変更することによって形成される。
【0012】
第1および第2セクター60、62は、それぞれ、互いに対向するように配置され、かつ、好ましくは略垂直面指向(vertically oriented)に位置している。セクター60、62は、厚さt1を有しており、第1および第2セクター60、62を透過する光に対して、第1位相シフトΘ1を与えるように設計されている。また、第3および第4セクター64、66も、それぞれ、互いに対向するように配置されて、かつ、好ましくは略水平面指向(horizontally oriented)に位置している。第3および第4セクター64、66は、第2の厚さt2を有しており、これらのセクターを透過する光に対して、第2位相シフトΘ2を与える。なお、第1位相シフトΘ1は、位相差ΘΔとなる第2位相シフトと同じではない。位相差ΘΔは、好ましくは45°〜315°の範囲にあり、より好ましくは約180°である。位相差ΘΔを最良の解像度を形成するように必要に応じて調整され得るということは、当業者においても十分認められることである。
【0013】
好ましい実施形態では、厚さt1およびt2は、厚さの差abs(t1マイナスt2)が0.1mm〜1.0mmまでの次数の範囲にあり、該厚さの差absは、光源2から放射する光の波長1/(2nref)と等しい。(なお、nrefは、プレート50に用いられる材料の屈折率である)。このようにして、好ましい位相シフト差ΘΔは、セクター64、66に関連して、セクター60、62を透過する光に与えられる。
【0014】
作動中において、本発明の好ましい実施形態は、図4に示す装置内のアパーチャ50として実施される。該アパーチャ50は、斜入射照明を与える。つまり、斜入射照明において、正および負のn次数光線が、パターン化されたフィーチャの解像度を改善するために用いられる。なお、y軸上、または、y軸に対して近接している光線13は、アパーチャ50の不透明領域54によって遮断される。アパーチャ50の外側エッジ52(図3参照)により近い光線もまた、アパーチャ50の円形の不透明領域56によって遮断される。セクター60、62、64、および66から構成される環状領域58を透過する光線のみが、透過してフォトマスク8に達する。これらの光線は、図に示すように、フォトマスク8に対してある角度をなして達する。y軸に対してある角度σだけずらして照射することによって、通常、焦点レンズ9の外側にて回折される光線は、アパーチャ130を透過し焦点レンズ9に向う。なお、開口している環状領域58を用いて、斜入射照明は、フィーチャの方向性(orientation)(つまり、垂直方向、水平方向、または、垂直方向または水平方向に対してある角度をなす方向)と関係なく、フォトマスク8のいかなるフィーチャに対しても照射される。そして、アパーチャ130の環状領域58は、互いに直交する方向に配された、いかなるフィーチャの解像度をも改善し得る。なぜならば、環状領域の周りのどの方向においても、プラスおよびマイナス両方のn次数の光線は、焦点レンズ9によって捕獲され得るからである。
【0015】
つまり、環状領域58の回折光の捕獲によって解像度が改善される一方で、直交する方向に配されたフィーチャ間での解像度もまた、さらに改善できる。上述した4つのセクター60、62、64および66によって生じた位相差ΘΔは、フォトマスク8の異なるフィーチャを透過する光の強度を、非コヒーレント(incoherently)に重ね合わせることによって、直交直線(orthogonal lines)の解像度を改善する。コヒーレントな物体照明(object illumination)に関して、物体でのあらゆる点は、固定された位相関係である波動振幅を有している。位相が点から点へと別々に変化する場合、照明は非コヒーレントである。位相差ΘΔを生成することによって、光照明は、非コヒーレントになり、解像度は、以下に記すように、サイド極大値形成の影響を低減することによってさらに改善される。
【0016】
図6は、コヒーレント光および非コヒーレント光によって照射されたフィーチャの光強度に対して、サイド極大値を重ね合わせた光強度のプロファイルを示している。第1強度プロファイルは、線120によって表されている。線120は、図5Aのフィーチャ104のような水平方向に配されるマスクフィーチャの光強度を表している。線122は、図5Bのフィーチャ110のような垂直方向に配されるマスクフィーチャの光強度プロファイルを表している。なお、当業者においては、実際の実践において、両方のフィーチャ104および110が、同じフォトマスク上に形成されるということは認められることである。像のコントラスト(ここでは、直交する直線間でのコントラスト)を低下させこととなる歪またはサイド極大値は、線124および126によって表される。このサイド極大値は、自然とコヒーレントな方法にて(in a naturally coherent fashion)重なり合う。言い換えると、光波特性は、両方のフィーチャ(水平方向および垂直方向)に関して同じである。そして、コヒーレントな重なり合いは、線124によって表される。数学的には、重なり合い強度はα(E1+E2)2であり、Eは光波の電界の振幅を表している。
【0017】
本発明が用いられる場合、略垂直方向に回折される光と、略水平方向に回折される光との間に位相シフトを付与することによって、垂直および水平方向に配されたようなフィーチャのサイド極大値は、線126によって示されるように、非コヒーレントに重なり合う。図から明らかなように、サイド極大値が極めて小さいので、解像度は著しく改善される。非コヒーレントの重なり合いは、l1+l2α(E1 2+E2 2)に等しい。したがって、サイド極大値の重なり合う領域の光強度は、除去はされないがコントラストを改善するように低下し、改善された解像度を提供しする。
【0018】
さらにまた、ここで、好ましい実施形態のアパーチャの設計および製造に関する詳細について提供する。上述したように、アパーチャ50は、類似した光学特性を有する他の光学材料によって代用してもよいが、シリカガラスによって形成することが好ましい。また、上記アパーチャは、通常、0.01cm〜0.1cmの厚さであり、概して、直径0.3〜3cmであることが好ましい。不透明領域54および56は、クロムからなる薄膜または他のよく知られた光遮断膜を有するプレート50の、表面をコーティングし、よく知られたフォトリソグラフィー技術を用いてコーティングをパターン化することによって形成されることが好ましい。
【0019】
セクター60、62、64および66は、機械的研磨(mechanical polishing)またはエッチング技術を用いて、プレート50を研削することによって、所望の厚さに形成されることが好ましい。それに代わるものとして、上記セクターは、光学的に相性のよいコーティングによって所望の厚さに形成してもよい。なお、好ましい実施形態では、上記セクター60、62、64および66は、エッチング技術によって形成される。
【0020】
図7は、本発明の他の好ましい実施形態を示している。図7は、略円形の第1不透明領域130と第2不透明領域132とを有するプレート128を示している。第1不透明領域は、プレート128の中央に配されており、第2不透明領域は、プレート128の外側エッジ134の外径に沿って配されている。第1および第2不透明領域130、132は、環状開口部136を形成する。環状開口部136内には、4つの不透明セクター138が形成され、それらは4つの光透過セクター140間に交互に配置されている。4つの各不透明セクター138は、第1および第2エッジ142および144をそれぞれ備えている。各不透明セクター138の第1エッジ142は、環状開口部136の第1エッジ146によって形成される。各不透明セクター138の第2エッジ144は、第2不透明セクター132に均一となるように組み込まれている。第4不透明セクター138の第3および第4エッジ148、150は、それぞれ、第4光透過セクター140と隣接するエッジを形成する。
【0021】
この場合、互いが対向する位置にあるアパーチャの光透過セクター140は、同じプレートの厚さを有している。また、隣接する透過セクターは、光源2から放射している光の波長1/(2nref)(nrefは、プレート128に用いられる材料の屈折率である)に匹敵する厚さの差を有するプレートを備える。
【0022】
本発明の他の実施形態を図8にて示す。この実施形態では、セクター140のような環状に区切られた開口部の代わりに、円形開口部150が用いられ、斜入射照明を得る。この円形開口部の材料の厚さは、上述した環状に区切られた開口部の材料の厚さと類似している。
【0023】
例証した実施形態を参照することで本発明を記載してきたが、この明細書は、狭義に解釈されるものではない。本発明の他の実施形態だけではなく、解説した実施形態を様々に改良し、組み合わせることは、本明細書を参照する当業者にとっては当たり前のことである。したがって、記載した請求項には、そのような改良や実施形態が含まれていることを意味している。
【図面の簡単な説明】
【図1】
フォトリソグラフィーによって、パターン化されたフィーチャを基板表面に形成するための従来技術の装置を示す図である。
【図2A】
典型的なフォトマスクフィーチャを示す図である。
【図2B】
光回折およびその結果生じるサイド極大値を示す図である。
【図2C】
光回折およびその結果生じるサイド極大値を示す図である。
【図3】
本発明の好ましい第1の実施形態を示す図である。
【図4】
本発明の好ましい実施形態の基板面において、パターン化されたフィーチャを形成するフォトリソグラフィーのシステムを示す図である。
【図5A】
パターン化されたフィーチャに対する、パターン化された回折格子を示す図である。
【図5B】
パターン化されたフィーチャに対する、パターン化された回折格子を示す図である。
【図6】
サイド極大値を有する光強度のプロファイル、ならびにコヒーレントおよび非コヒーレントの光強度を重ね合わせたプロファイルを示す図である。
【図7】
本発明の他の好ましい実施形態を示す図である。
【図8】
本発明の他の好ましい実施形態を示す図である。
Claims (24)
- プレートの中心に配される第1不透明領域と、
前記プレートの外側エッジに形成される第2不透明領域とを有しており、
これら第1および第2不透明領域は、これらの間の環状領域を規定しており、
該環状領域は光透過性であり、第1光透過領域と、第2光透過領域とを有しており、
前記第1光透過領域は、自身を透過する光に第1位相シフトを与え、前記第2光透過領域は、自身を透過する光に第2位相シフトを与える投射リソグラフィー用プレート。 - 前記第1光透過領域は、略垂直方向に配され、前記環状領域の対向する部分にある、2つの対向する領域を含む請求項1に記載のプレート。
- 前記第2光透過領域は、略平行方向に配され、前記環状領域の対向する部分にある、2つの対向する領域を含む請求項1に記載のプレート。
- 前記第2位相シフトは、前記第1位相シフトとは45度〜315度異なっている請求項1に記載のプレート。
- 前記第2位相シフトは、前記第1位相シフトとは180度異なっている請求項4に記載のプレート。
- 前記第1光透過領域は、第1の厚さを有し、前記第2光透過領域は、第2の厚さを有しており、
これら第1および第2光透過領域間での差が、光源の波長1/(2nref)と等しい請求項1に記載のプレート。 - 不透明領域と、
プレートの周囲に形成された第1、第2、第3、および第4光透過領域とを備え、
第1および第2光透過領域は、略垂直に方向付けられ、対向する位置に配されており、これらの領域を透過する光に第1位相シフトを与え、
前記第3および第4光透過領域は、略水平に方向付けられ、対向する位置に配されており、これらの領域を透過する光に第2位相シフトを与える、投射リソグラフィー用のプレート。 - 前記第2位相シフトは、前記第1位相シフトとは45度〜315度異なっている、請求項1に記載のプレート。
- 前記第2位相シフトは、上記第1位相シフトとは180度異なっている請求項8に記載のプレート。
- 前記第1および第2光透過領域が、第1の厚さを有し、前記第3および第4光透過領域が、第2の厚さを有しており、
第1および第2光透過領域と、第3および第4光透過領域との厚さの差は、光源の波長1/(2nref)に等しい請求項1に記載のプレート。 - プレートを備えており、
該プレートは、該プレートの中心に位置する不透明領域と、
第1光透過領域と、
第1光透過領域に対して略対向する位置に配された第2光透過領域と、
第3光透過領域と、
第3光透過領域に対して略対向する位置に配された第4光透過領域とを含み、
前記第3および第4光透過領域を透過する光が、前記第1および第2光透過領域を透過する光との位相差だけ位相シフトされる、フォトリソグラフィーシステムにおいて使用するアパーチャプレート。 - 前記プレートの外側部分に沿って配置された第2不透明領域をさらに有しており、
これら不透明領域および第2不透明領域が、これらの間の環状領域を規定する請求項11に記載のアパーチャプレート。 - 前記第1、第2、第3、および第4光透過領域が、前記光透過領域内に形成されている請求項11に記載のアパーチャプレート。
- 前記プレートは、ガラスから形成される請求項11に記載のアパーチャプレート。
- 前記不透明領域は、クロム膜によって構成される請求項11に記載のプレート。
- 前記第1および第2光透過領域は、第1の厚さを有しており、前記第3および第4光透過領域は、第2の厚さを有する請求項11に記載のプレート。
- 照明用の光源と、
パターンが形成されたフォトマスクと、
前記フォトマスクに近接し、該フォトマスクを透過する光によって照射されるように調整されている焦点レンズと、
アパーチャとを備えており、
該アパーチャが、プレートと、
該プレートの略中心に配された不透明領域と、
第1光透過領域を透過する光に第1位相シフトを与える第1光透過領域と、
第2光透過領域を透過する光に第2位相シフトを付与する第2光透過領域とを含んでいる投射リソグラフィー用のシステム。 - 前記第1光透過領域は、略垂直方向に並べられ、前記プレート上にて略対向する位置に配された第1および第2セクターを有し、
前記第2光透過領域は、略水平方向に並べられ、前記プレート上にて略対向する位置に配された第3および第4セクターを有している請求項17に記載のシステム。 - 前記第1位相シフトまたは第2位相シフトは、0度である請求項18に記載のシステム。
- 前記第1位相シフトと第2位相シフトとが、45度〜315度異なっている請求項17に記載のシステム。
- 前記アパーチャは、環状アパーチャを備え、
前記第1および第2光透過領域が、光が透過する、アパーチャの環状領域内に形成される請求項17に記載のシステム。 - ウェハをレジスト層によってコーティングする工程と、
コヒーレントの光源を設ける工程と、
アパーチャの中心に位置する不透明領域と、自身を透過する光に第1位相シフトを与える第1光透過領域、および自身を透過する光に第2位相シフトを与える第2光透過領域とを備えたアパーチャを、前記光源からの光が、透過することによって、前記光源から非コヒーレントの光を導出する工程と、
前記非コヒーレントの光が、パターンが形成されたフォトマスクを透過する工程と、
前記非コヒーレントの光が、前記フォトマスクを透過した後、この非コヒーレント光によってレジスト層を照射する工程とを含む、フォトリソグラフィーによる半導体ウェハへのパターンの転写方法。 - 前記第1位相シフトが0度である請求項22に記載の方法。
- 前記第1位相シフトと第2位相シフトとが、45度〜315度異なっている請求項22に記載の方法。
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