JP2005141228A - マイクロリソグラフィ投影露光装置に使用されるマスク - Google Patents

Abstract

【課題】フォトレジスト入射する投影光の偏光がまっすぐになるように制御されるように、マイクロリソグラフィによる微細構造コンポーネントの製造を改良し、ベクトル効果に起因する構造体の幅の望ましくない変化を避けることができる手段を提供すること。
【解決手段】マイクロリソグラフィ投影露光装置１０に使用されるマスク２０は、不透光体３２のパターンが設けられたマスク２０を有する。構造体３２ｃ間に残る中間スペース３６、３６’を液体または固体の誘電体材料３８、３８’で充填する。これによって、マスクを偏光子として使用できるように、回折効率の偏光依存性が増大する。
【選択図】図２

Description

本発明は、大規模集積回路や他の微細構造コンポーネントを製造するのに使用されるようなマイクロリソグラフィ投影露光装置のマスクに関する。本発明は特に、不透光体のパターンが設けられた支持体を有する、いわゆる、振幅マスクに関する。

一般に、集積回路や他の微細構造コンポーネントは、例えば、シリコン・ウェハなどの適切な基板上に複数の構造化された層を形成させることによって製造される。層を構造化するために、層はまず特定の波長帯の光、例えば、遠紫外線（ＤＵＶ）のスペクトル域の光に感光性のあるフォトレジストで被覆される。次に、このように被覆されたウェハが投影露光装置内で露光される。マスク上に配置された回折構造体のパターンが投影レンズを用いてフォトレジスト上に投影される。このレンズの倍率は概ね１より小さいので、そのような投影レンズは縮小レンズとも呼ばれることが多い。

フォトレジストが作られた後、マスク上のパターンに従って層が構造化されるようにウェハはエッチング工程を受ける。次に、残りのフォトレジストが層の他の部分から除去される。この工程は層のすべてがウェハに形成されるまで繰り返される。

マイクロリソグラフィ投影露光装置を開発する目的の１つは、製造されるコンポーネントの集積密度を増大させるように、より小さい寸法の構造体をウェハ上に製造できるようにすることにある。ここでは種々の手段を用いることによって、用いられる投影光の波長よりも小さい寸法の構造体がウェハ上に形成される。

これら手段の１つは用いられる投影光の偏光状態を便宜上制御することである。例えば、浸漬レンズを用いて達成されるものと同様の高開口数の投影レンズを用いる場合、達成可能なコントラストや形成される構造体の最小サイズは投影光の偏光方向に依存することが知られている。これは種々の回折次数間の望ましい干渉現象は偏光方向間の適合がよくなるにつれて、比例してより顕著になるという事実に起因している。２つの平面波間の完全な弱め合い干渉は、それらが同じ偏光の場合にのみ可能である。

したがって、投影光の入射面に対して垂直に偏光される投影光（ｓ偏光）を用いれば、干渉は種々の回折次数がフォトレジストに合う角度に左右されない。しかし、入射面に対して平行に偏光される投影光（ｐ偏光）を用いれば、回折次数は異なる偏光方向を有するので、回折次数はもはや完全に干渉しなくなる。したがって、回折次数がフォトレジストに合う角度を光軸に対して大きくすれば、干渉の現象は比例してより弱くなる。したがって、該当する角度がより大きくなれば、「ベクトル効果」とも呼ばれるこの偏光依存性はより顕著になる。このため、特に「高開口投影レンズ」を用いれば、投影光の偏光を便宜的に制御することによってベクトル効果に起因する構造体の幅の望ましくない変化を避ける必要が生じる。

投影光の偏光は、他の目的に対しても、米国特許第６６０５３９５Ｂ２号から知られている投影露光装置内で制御される。この文書はその下側に局所的に形成される複屈折性材料を有する位相マスクを記載している。直線的に偏光された投影光が位相マスクを通過するとき、この偏光方向は９０°回転させられる。したがって、位相マスクの異なる領域を通過した投影光は位相に関してだけでなく、偏光状態に関しても変化するであろう。得られるこの付加的な自由度のために、知られている位相マスクによってより大きなクラスのパターンをウェハ上に形成することが可能となる。つまり、このことにより第２の付加的なマスクを使用する必要性がなくなる。
米国特許第６６０５３９５Ｂ２号 Ｈ．Ｔａｍａｄａ ｅｔ ａｌ．、「Ａｌ ｗｉｒｅ−ｇｒｉｄ ｐｏｌａｒｉｚｅｒ ｕｓｉｎｇ ｔｈｅ ｓ−ｐｏｌａｒｉｚａｔｉｏｎ ｒｅｓｏｎａｎｃｅ ｅｆｆｅｃｔ ａｔ ｔｈｅ ０．８−μｍ ｗａｖｅｌｅｎｇｔｈ ｂａｎｄ」、Ｏｐｔｉｃｓ ｌｅｔｔｅｒｓ、ｖｏｌｕｍｅ ２２、Ｎｏ．６、４１９〜４２１頁

本発明の目的はフォトレジストあるいは別のフォトレジスト層に入射する投影光の偏光が簡単に制御されるように、マイクロリソグラフィによる微細構造コンポーネントの製造を改良することである。本発明のさらなる目的は上記のベクトル効果に起因する構造体の幅の望ましくない変化を避けることができる手段を提供することにある。

この目的は不透光体のパターンが設けられた支持体を有するマスクによって達成される。２つの構造体間に残っている少なくとも１つの中間スペースが、少なくとも部分的に誘電体材料で充填される。

本発明はマスクの回折効率の偏光依存性が、構造体間の中間スペースが誘電体材料で充填された場合に著しく増大されるという発見に基づいている。また、「回折効率」という言葉はゼロ次回折、すなわち、構造体によって逸れない光を含む。結果的に得られる回折効率の高い偏光依存性によって、マスク自身が偏光子として機能する。マスク上の微細構造体がより小さくなれば、構造体の偏光効果もより大きくなる。微細構造体が投影光をより強力に回折させるので構造体の寸法へのこの依存性は有利であり、したがって、上記のベクトル効果は小さな構造体を用いた場合に特に顕著になる。

マスクを偏光子として使用することには他の利点もある。特に、マスク自身が投影光の偏光を制御するための特に優れた場所である。例えば、投影レンズの瞳孔面に偏光子を配置する場合、それに付随して多くの問題が生じる。一方、通常そのような偏光子は通過する投影光の波面に望ましくない影響も及ぼすので、補正手段を講じる必要がある。他方では、瞳孔面には既に他の光学素子が設けられている場合が多いので、付加的な偏光子を設置する十分なスペースが存在しない場合が多い。さらには、偏光が投影レンズの瞳孔面の上流側で制御されない場合、望ましくない偏光依存性の摂動がレンズのこの部分に設置されている光学素子に既に生じているかもしれない。

投影光内あるいは照射システム内に偏光子を配置することの別の重要な利点は、本発明による構造体依存性のマスクの偏光効果を得るためにマスクを交換する際に、そのような偏光子も交換される必要があるいう点である。

回折構造体の幅と回折構造体がマスク上に配置される方法は、通常ウェハ上に形成される構造化された層の配置によって決定されるので、偏光依存性を最大化するためにある限度内で自由に選択できる利用可能なパラメータは比較的ほんのわずかしかない。特に、これらはある程度の高さまで、中間スペースを充填する誘電体材料だけでなく不透光体が構成される導電性材料も含む。しかし、一般に構造体の幅と間隔は固定されている。ある限度内で自由に選択できる利用可能なパラメータを適切に選ぶことにより、直交偏光状態のための回折効率を最大約４５％まで変更することができる。このことは特徴的な寸法がほぼＤＵＶ光の波長、例えば、１９３ｎｍである構造体にも当てはまる。

さらに、共振効果が回折効率の特に高い偏光依存性の一因となっていることもわかっている。赤外線スペクトル域にもかかわらず、同様の効果がＯｐｔｉｃｓ ｌｅｔｔｅｒｓ、ｖｏｌｕｍｅ ２２、Ｎｏ．６、４１９〜４２１頁の「Ａｌ ｗｉｒｅ−ｇｒｉｄ ｐｏｌａｒｉｚｅｒ ｕｓｉｎｇ ｔｈｅ ｓ−ｐｏｌａｒｉｚａｔｉｏｎ ｒｅｓｏｎａｎｃｅ ｅｆｆｅｃｔ ａｔ ｔｈｅ ０．８−μｍ ｗａｖｅｌｅｎｇｔｈ ｂａｎｄ」と題されたＨ．Ｔａｍａｄａ ｅｔ ａｌ．による記事に記載されている。これらの知られているグリッドは、構造体に対して垂直に偏光される同じ波長の光に比べて、構造体に対して平行に偏光される光の吸収または反射が大きいワイヤ・グリッド偏光子型である。

しかし、驚くことに、ワイヤ・グリッド偏光子の古典的挙動は適切に選択されたパラメータを用いて逆転される。このことは、従来のワイヤ・グリッド偏光子の場合とは異なり、構造体に対して垂直に偏光される同じ波長の光に比べて、構造体に対して平行に偏光される所定波長の光に対して、構造体がより高い回折効率を有していることを意味する。しかし、この逆転は構造体間の中間スペースに誘電体材料が存在していることを必ずしも前提にするものではない。したがって、本発明は、そのようなマスク、すなわち一般にはグリッド偏光構造体にも関するものであり、この逆転は構造体間の中間スペースに誘電体材料を必要とせずに生じる。

従来のワイヤ・グリッド偏光子と比べて、構造体がそのような反対の偏光依存性を呈するパラメータ・セットを見つける１つの方法は、初期値パラメータからスタートして、それに基づいて異なる偏光の投影光に対する構造体の回折効率を算出することである。この目的のためには、所定のパラメータ・セットに基づいてマクスウェル方程式を解くことが必要である。次に、このパラメータは、配置が、構造体に対して垂直に偏光される同じ波長の投影光に対するよりも、構造体に対して平行に偏光される所定波長の投影光に対してより高い回折効率を有するまで変更される。

このパラメータはマスク全体にわたって等しく選択される必要はない。例えば、上記のベクトル効果をより一層押さえるために、より微細な構造体に対しては、対応するパラメータ選択によって回折効率の既に高い偏光依存性をより一層増大させることも便宜的である。

本発明の種々の特徴および利点は、添付図面とともに以下の詳細な説明を参照すれば、より容易に理解されよう。

図１はマイクロリソグラフィ投影露光装置の非常に単純化した原寸大ではない側面図であり、全体を１０で示している。この投影露光装置１０は投影光１２を発生させるのに用いられる照明装置１１を備えている。この目的のために、照明装置１１は、例えば、レーザであってよい光源１３を含んでいる。光源１３によって発生される投影光１２の波長は、図示の実施形態においては１９３ｎｍであり、故にその波長は遠赤外線のスペクトル域にある。

照明システム１１は、例えば、投影光を整形することによって、投影光を混合することによって、投影光の角度分布を変えることによって光源１３から照射される投影光に様々に作用する１４で示した複数の光学素子をさらに含んでいる。示されている例示的実施形態では光源１３はレーザであるため、そこから照射される投影光は直線的に偏光されている。しかし、光学素子１４を通過するとき、この直線的な偏光が失われ、照明装置１１から照射される偏光光１２はごく部分的に偏光されるか、あるいは完全に非偏光となる。単純化するために、以下では偏光光１２は照明システム１１から完全に非偏光状態で照射されると仮定する。

投影露光装置１０は対物面１８を有する投影レンズ１６をさらに含んでいる。投影レンズ１６の開口数は０．９以上であることが望ましい。対物面１８に、マスク２０が移動可能に配置されている。投影レンズ１６の像平面２２には、例えば、フォトレジストなどの感光層２４がある。感光層２４は支持体２６上にシリコン・ウェハの形態で形成される。投影露光装置１０はそのようなものとして当該技術において知られているので、その構成要素の大半のさらなる詳細を述べる必要はない。

図２を参照してマスク２０の構造を以下により詳細に説明する。

図２はマスク２０の詳細を原寸大ではない斜視図として示している。マスク２０は１９３ｎｍの波長を有する投影光１２に対して透過性である材料から成る支持体２８を有している。特に、石英ガラスがこの波長に対する材料として適している。

ここでは例示目的でのみ示したあるパターンの不透光体３２は、照明システム１１に面している支持体２８の表面３０に形成される。図２に示した詳細では、不透光体３２は基本的には矩形の断面を有する、より大きな領域の構造体３２ａ、３２ｂとより細かい棒状の構造体３２ｃを含んでいる。構造体３２は、導電性材料、例えば、クロムから成る層３４をリソグラフィ・エッチング工程によって製造される。透過性の中間スペース３６が不透光体３２の間に設けられ、これらのスペースは誘電体材料３８で充填される。この材料３８は示された例示的実施形態では高純度水であり、接着力によって中間スペース３６内に保たれているとともにマスク２０は対物面１８内で変位している。

棒状構造体３２ｃの幅ｂは図示した実施形態においては１００ｎｍで、層３４の高さｈは１１０ｎｍで、隣接する棒状構造体３２ｃ間の間隔は２００ｎｍである。したがって、棒状構造体３２ｃの幅ｂは、ほぼ投影光１２の波長に近い大きさである。

構造体３２と誘電体材料の屈折率、層３４の高さ、棒状構造体３２ｃの寸法は、棒状構造体３２ｃに対して垂直に偏光される投影光１２に対してよりも、棒状構造体３２の長さ方向に沿って偏光される投影光１２に対してより高い回折効率を棒状構造体３２ｃが有するように相互に適合されている。これについては図２において、マスク２０を通過する前の投影光１２に対する偏光分布４０と、マスク２０を通過後の投影光１２’に対する偏光分布４２としてそれぞれ示している。偏光分布４０からわかるように、マスク２０を通過する前の投影光１２は、非偏光に特徴的なように、投影光１２の伝搬方向４４に対して垂直な全方向に対して偏光方向の統計学的に変わる分布を有している。屈折率は実数部分が０．４〜１．０の範囲にある複素屈折率を有することが望ましい。また、虚数部分は１．０〜２．０の範囲にあることが望ましい。

棒状構造体３２ｃの回折効率は、構造３２ｃに平行に偏光された投影光に比べて、構造体３２ｃの長手方向に対して垂直に偏光される投影光１２に対して著しく低いので、偏光分布４２は投影光がより大きい構造３２ａと３２ｂとの間の領域を通過した後の分布である。ここでは、棒状構造体３２ｃの長さ方向に沿って偏光される投影光１２が、棒状構造体３２ｃのグリッド状配置を通過するときに比較的ほんのわずかだけ減衰されるのみであることが理解できよう。しかし、回折効率は棒状構造体３２ｃに対して垂直である投影光１２の偏光成分に対しては非常に小さいので、これらの成分はマスク２０を通過するときにはより強く減衰される。

上記の材料と構造パラメータを有するマスク２０に関して、全回折次数にわたって検討すれば、構造体３２ｃの長手方向に対して平行に偏光される投影光に対しては４３％の回折効率が、および構造体３２ｃに対して垂直に偏光される投影光に対しては６％の回折効率が得られる。

マスク２０の偏光効果のために、投影光１２の任意の光線は感光層２４に入射するときには基本的にｓ偏光されている。このため、全体的な投影光のビームの偏光は正接とも呼ばれる。この結果、感光層２４の上および内の干渉は光軸に関して、感光層２４上に入射する角度に左右されない。したがって、上記のベクトル効果に起因する望ましくないコントラストの変化は実質的に回避される。

上記に説明した偏光効果は狭い棒状構造体３２ｃだけでなく、より大きい構造体の標準的な配置やある程度までは個々の構造体に関しても生じることを理解すべきである。しかし、マスク２０の偏光効果は構造上の寸法が大きくなるにしたがって減少する。

さらに、構造体３２間の中間スペースの全部を誘電体材料で充填する必要はない。図２は例えば、構造体３２ｂのすぐ隣の領域には、支持体２８の表面３０に不透光構造体３２も誘電体材料３８も形成されていない。

回折効率の高い偏光依存性を有するマスク２０の構造パラメータと材料パラメータを見つけるために、シミュレーション計算が行われることが好ましい。製造技術上、短波長の投影光１２の場合は構造体３２の寸法を投影光１２の波長よりも実質的に小さくする必要はないので、回折効率を算出するために近似モデルを使用しなくてよい。それに代わって、偏光依存性の回折効率を見つけることができるように、これらの場合の数値アルゴリズムを用いて構造体３２についてマクスウェル方程式を解く必要がある。そのような方法は当該技術においては知られているので、そのさらなる詳細については記載しない。そのような計算は、特に、厳密結合波解析法（Rigorous Coupled Wave Theory:ＲＣＷＡ）やＦＤＴＤ法（ＦＤＴＤ＝Finite Difference Time Domain）を用いて実行される。

上記のように液体が誘電体材料４８として使用される場合、マスク２０の偏光依存性の効果は、その液体を別の屈折率を有する液体と交換すること、あるいはその液体の温度を変えることによって変えることができる。液体誘電体材料の代わりに、固体材料、例えば、ポリマーまたは石英ガラスを用いてもよい。

図３は図２と同様の図で全体を２０’で示した別の実施形態のマスクを示している。マスク２０’においては、誘電体材料３８が棒状構造体３２ｃの間の中間スペースだけでなく、構造体３２上にも設けられている。この被覆材料は照明システム１１に面したマスク２０’の全表面を被覆する別の誘電体材料４６の１枚の層である。例えば、構造体３６間の誘電体材料３８が固体である一方で、材料４６は高純度水であってよい。中間スペース３４内と構造体３２上の誘電体材料が同じ材料、例えば、水または石英ガラスなどの固体誘電体材料であってもよい。

図２に示したマスク２０と異なり、図３のマスク２０’は構造体３２ｂのすぐ隣に見える中間スペース３６’をさらに有し、これは中間スペース３６内の材料３８とは異なる誘電体材料３８’で充填されている。異なる誘電体材料をそのように選択することによって回折効率の偏光依存性を局所的に調節することができる。

本発明のマスクを有するマイクロリソグラフィ投影露光装置を示す非常に簡素化した側面図である。 図１に示したマスクの詳細を示す原寸大ではなく拡大した斜視図である。 図２と同様の表示で、本発明のマスクの別の実施形態を示す斜視図である。

符号の説明

１０ マイクロリソグラフィ投影露光装置、１１ 照明システム、１２ 投影光、１６ 投影レンズ、１８ 対物面、２０、２０’ マスク、２２ 像平面、２４ 感光層、２８ 支持体、３０ 表面、３２ 不透光体、３２ｃ 構造体、３６、３６’ 中間スペース、３８、３８’ 誘電体材料、４６ 誘電体材料

Claims (19)

1. マイクロリソグラフィ投影露光装置（１０）に使用されるマスクであって、
   不透光体（３２）のパターンが設けられた支持体（２８）と、
   ２つの構造体（３２ｃ）間に残存する少なくとも１つの中間スペース（３６、３６’）とを備え、前記中間スペースが少なくとも部分的に誘電体材料（３８、３８’）で充填されたマスク。
2. 前記誘電体材料（３８）が液体である請求項１に記載のマスク。
3. 前記誘電体材料（３８）が固体である請求項１に記載のマスク。
4. 異なる中間スペース（３６、３６’）が異なる誘電体材料（３８、３８’）で少なくとも部分的に充填される請求項１に記載のマスク。
5. 前記誘電体材料が少なくとも１つの構造体（３２）を被覆する請求項１に記載のマスク。
6. 前記構造体（３２）が、前記少なくとも１つの中間スペース（３６、３６’）に位置する前記誘電体材料（３８、３８’）とは異なる誘電体材料（４６）によって被覆される請求項５に記載のマスク。
7. 前記不透光体（３２）が導電性材料から成る請求項１に記載のマスク。
8. 前記導電性材料と前記構造体（３２）が、その構造体（３２）に対して垂直に偏光される波長の投影光（１２）に対してよりも、前記マスクが前記構造体（３２）に対して水平に偏光される所定の波長の投影光（１２）に対してより高い回折効率を有するように決定された屈折率と高さ（ｈ）を有する請求項７に記載のマスク。
9. 前記構造体（３２）の前記高さ（ｈ）が、前記誘電体材料内の前記投影項（１２）の波長の５０％〜１５０％の間、好適には７５％〜１２５％の間にある請求項７に記載のマスク。
10. 前記導電材料が実数部分が０．４〜１．０の範囲にある複素屈折率を有する請求項１から９のいずれか一項に記載のマスク。
11. 前記導電材料が虚数部分が１．０〜２．０の範囲にある複素屈折率を有する請求項７に記載のマスク。
12. 微細構造コンポーネント製造用のマイクロリソグラフィ投影露光装置であって、
    所定の波長を有する投影光（１２）を発生させる照明システム（１１）と、
    前記投影光に露光されるマスクであって、不透光体（３２）のパターンが設けられた支持体（２８）と２つの構造体（３２ｃ）の間にある少なくとも１つの中間スペース（３６、３６’）とを有し、その中間スペースが少なくとも部分的に誘電体材料（３８、３８’）で充填されたマスク（２０；２０’）と、
    感光層（２４）上に前記マスク（２０；２０’）を投影する投影レンズ（１６）と
    を備えたマイクロリソグラフィ投影露光装置。
13. 前記投影光が２００ｎｍより小さい波長を有し、かつ前記投影レンズ（１６）が０．９以上の開口数を有する請求項１２に記載の投影露光装置。
14. 前記マスク（２０；２０’）が前記照明システム（１１）内に偏光器として配置された請求項１２に記載の投影露光装置。
15. 前記マスク（２０；２０’）が前記投影レンズ（１６）内に偏光器として配置された請求項１２に記載の投影露光装置。
16. 前記構造体（３２）が前記マスク（２０；２０’）の表面（３０）上に規則的に分布された請求項１４または１５に記載の投影露光装置。
17. マイクロリソグラフィを用いた微細構造コンポーネントの製造方法であって、
    ａ）投影レンズ（１６）を配置する工程と、
    ｂ）前記投影レンズ（１６）の対物面（１８）内に請求項１に記載のマスク（２０；２０’）を配置する工程と、
    ｃ）前記投影レンズ（１６）の像平面（２２）内に配置された感光層（２４）上に、前記マスク（２０；２０’）に形成されたパターンを投影する工程とから構成された微細構造コンポーネントの製造方法。
18. 請求項１７に記載の方法によって製造される微細構造コンポーネント。
19. 導電性材料から成る不透光体（３２）のパターンが設けられた支持体を有する、マイクロリソグラフィ投影露光装置（１０）に使用されるマスク（２０；２０’）を製造する方法であって、
    ａ）２つの構造体（３２ｃ）の間にある少なくとも１つの中間スペース（３６、３６’）を誘電体材料（３８、３８’）で少なくとも部分的に充填する工程と、
    ｂ）前記投影露光装置（１０）において用いられる投影光（１２）の波長、前記導電性材料と誘電体材料（３８）の複素屈折率、前記不透光構造体（３６）の高さ（ｈ）を少なくとも含むパラメータのセットを特定する工程と、
    ｃ）前記特定されたパラメータのセットに基づいてマクスウェル方程式を解くことによって、異なる偏光の投影光（１２）に対する前記不透光体の回折効率を厳密に算出する工程と、
    ｄ）それによって前記不透光構造体（３２）が前記構造体（３２）に対して垂直に偏光される投影光（１２）に対してよりも、前記構造体（３２）に対して水平に偏光される投影光（１２）に対してより高い回折効率を有するパラメータのセットが見つかるまで、修正パラメータで工程（ｃ）を繰り返す工程とから構成される方法。

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