JP2005524877A - 吸収素子および／または移相器を有した光リソグラフィーマスク - Google Patents

Abstract

本発明は、露光マスクに関するものであり、この露光マスクは、透明基板（１００）を具備している。この透明基板（１００）は、例えばこの基板と一体アセンブリを形成し得るようにして内部に配置された、少なくとも１つの吸収素子および／または移相器（１１２）を備えている。本発明は、光リソグラフィーにおいて使用することができる。さらに、基板（１００）は、第１部分（１１０）と、この第１部分（１１０）に対して固定された第２部分（１２０）と、を備え、基板の第１部分は、何らの付加的な材料を導入することなく、基板の第２部分上に接着されている。

Description

本発明は、吸収素子および／または移相器を有した光リソグラフィーマスクに関するものである。

光リソグラフィーマスクは、マイクロエレクトロニクスやマイクロシステムや集積光学系といった技術分野において様々な素子を製造するに際して、広範に使用されている。特に、光リソグラフィーマスクを使用することにより、様々な素子を製造するに際して、構成要素や構成部材や中間構造の形状および寸法を固定することができる。

よって、本発明は、上述した技術分野において応用することができ、特に、短波長の照射光を使用して非常に小さなサイズのパターンを形成するに際して応用することができる。

光リソグラフィーは、マイクロエレクトロニクスにおける基本技術の１つである。光リソグラフィーにおいては、感光性中間層や犠牲層を使用する。例えば樹脂から形成されるようなこれら層は、処理対象をなす材料からなる層上に成膜される。光照射および現像の後に、形成された樹脂が、処理対象をなす直下の層に対しての、エッチングマスクまたはドーピングマスクを構成することができる。

感光性樹脂自体は、照射マスクを介して光照射される。これにより、感光性樹脂に対して、所望のパターンが形成される。このパターンは、所望のパターンに対応したものであって、可能であれば、より大きな倍率のものとされている。照射光は、通常は、レーザーからの単色コヒーレント光とされる。マスクに関連した光学システムを介することによって、照射光は、感光性樹脂層上に、マスクパターン像を形成する。

照射マスクは、有利には、同じパターンでもって正確に支持体上の様々な視野を順次的に照射し得るよう、フォトリピーター上に設置することができる。

図１は、公知のタイプの照射マスクを、単純化して示している。

図１におけるマスクは、シリカまたは石英から形成された透明基板（１０）を備えている。この基板上には、吸収素子および／または移相器（１２）が設けられている。これら素子は、感光性樹脂がポジ型であるかあるいはネガ型であるかに応じて、照射パターンまたは相補パターンに対応している。吸収素子および／または移相器は、不透明または半透明な素子である。

例えばクロム成分といったような不透明な吸収素子および／または移相器を使用することにより、２元的な照射マスクを形成することができる。また、例えばシリコンやモリブデンの合金といったような半透明な材料から形成された吸収素子および／または移相器を使用することにより、移相器を有した照射マスクを形成することができる。吸収素子および／または移相器を通過する光は、これら吸収素子および／または移相器の領域外を通過する光と比較して、位相がシフトされる。

吸収素子および／または移相器の上方には、オーバーラップフィルム（２０）が設けられている。例えば、オーバーラップフィルム（２０）は、ポリマーフィルムとすることができる。オーバーラップフィルム（２０）は、基板（１０）上に接着されたフレーム（２２）を使用することによって、吸収素子および／または移相器（１２）から離間した位置に、維持されている。フィルム（２０）の本質的役割は、基板のうちの、吸収素子および／または移相器が配置されている面上に、ダストが積もることを防止することである。

照射対象をなす感光層上に形成されたマスクの像は、吸収素子および／または移相器の像に対応している。言い換えれば、共役焦点面に関し、マスクに関連した光学システムは、基板（１０）のうちの、吸収素子および／または移相器が配置されている面上に、焦点合わせされる。よって、フィルム（２０）と、マスクの吸収素子および／または移相器（１２）と、の間隔により、すべてのダストや擦り傷からなる像を、視野の領域外へと移動させることができる。

その場合、ダストがなす不鮮明像のコントラストは、十分に小さなものとされ、これにより、樹脂の露光は、そのような不鮮明像の影響を受けない。

高速かつ高性能な素子製造に向けてのマイクロエレクトロニクス技術における進歩により、より小さな光リソグラフィーパターンを形成できるようになった。この進歩により、照射設備の改良を、マスク像の投影のための光学素子に対して適用することができる。例えば、絞りを増大させる必要があり得る。他の重要なパラメータは、照射光の波長である。１つの傾向は、波長を短くすることである。すなわち、将来的な製造装置においては、既存のフォトリピータに関し、１９３ｍｍから１５７ｎｍへと変更される。波長を短くすることにより、より微細なパターンを投影することができる。

しかしながら、１５７ｎｍよりも波長が短くなると、困難さが発生する。この困難さは、マスクを通してのおよび光学的投影手段を通しての透過が限定されることに関連する。

マスク基板と保護レンズとは、可能であれば、光を十分に透過させ得るような材料から形成することができる。他方、短い波長の場合には、オーバーラップフィルム（２０）が、大量の照射光を吸収してしまう。同じことは、マスクの基板（１０）とオーバーラップフィルム（２０）との間のスペース内に位置したエアについても、当てはまる。これら吸収が大きいことは、投影像のコントラストを制限する。したがって、リソグラフィーの解像度を制限する。

１つの想定される解決手法は、ポリマー製のオーバーラップフィルム（２０）を、光透過性能がより良好な硬質材料製のフィルムによって、代替することである。しかしながら、オーバーラップフィルムとして硬質材料を使用することは、照射光ビームの経路上における擾乱を大きなものとする。これにより、照射対象をなす感光性材料層上へと投影されるマスク像が、変形してしまう。また、膠質材料製のオーバーラップフィルムの配置は、マスクの製造の複雑さと製造コストとを増大させてしまう。

また、基板とオーバーラップフィルムとの間の自由空間内に拘束されたエアによる光吸収を回避するために、使用前に、その自由空間内をパージすることができる。しかしながら、このような操作は、困難なものであるとともに、マスクの最終コストを増大させてしまう。

従来技術に関する補完的な例示は、参考文献１，２に見出すことができる。

他のタイプのマスクが存在する。すなわち、交互的ＰＳＭあるいは自己位置合わせタイプのマスクが存在する。この従来技術は、参考文献３に記載されている。このようなマスクには、クロムパターンと移相器のための石英エッチングとが設けられている。まず最初に、移相器が、基板上に形成される。その後に、クロム層が成膜される。クロムパターンは、この層内に形成される。このようなマスクは、“Sidewall Chromium Alternating
Aperture”と称され、ＳＣＡＡと略記される。

このタイプのマスクの製造の場合は、製造プロセスにおいて２つのステップを行わなければならないという問題点が発生する。すなわち、移相器マスクを形成するため、石英を形成するステップと、クロムマスクを形成するため、クロムを形成するステップと、を行わなければならないという問題点が発生する。これら２つのステップは、同じ基板上において行われる。基板のエッチング面上に無欠陥のクロム層を成膜することは、困難である。また、常に表面トポロジーのために（樹脂の広がり、および、電子ビームまたはレーザーによる照射の広がり）、クロム層内にパターンを形成することも、困難である。
"Mechanical analysis of hard pellicles form 157 nmlithography" by Philip L. reu et al., Optical Microlithography XIV, Proceedingsof SPIE, vol. 4346 (2001), pages 1166-1174（参考文献１） "157-nm Photomask Handling and Infrastructure: Requirementsand Feasibility" by Jerry Cullings, Ed Muzio, Optical Microlithography XIV,Proceedings of SPIE, vol. 4346 (2001), pages 52-60（参考文献２） "Phase Phirst! An improved strong-PSM paradigm" by Marc D.Levenson et al., Proc. of SPIE 4186, 20th Annual BACUS Symposium on Photomasktechnology and Management, ed. Brian J. Grenon, Giang T. Dao (January 2001)（参考文献３）

本発明の目的は、上述した様々な制限や困難さを有していないような、光リソグラフィーマスクを提供することである。

特に、本発明の１つの目的は、短い照射波長に適合したような、とりわけ１５７ｎｍという程度の波長に適合したようなあるいはさらに短い波長にさえ適合したような、マスクを提供することである。

本発明の他の目的は、投影像に対して何らの重大な変形をも導入しないような、なおかつ、照射光をほとんど吸収しないような、マスクを提供することである。

本発明の他の目的は、パージを必要とすることなく、また、製造コストを抑制し得るような、マスクを提供することである。

上記目的を達成するため、本発明は、より詳細には、透明基板を具備してなる光リソグラフィーマスクであって、基板が、第１部分と、この第１部分に対して固定された第２部分と、を備え、少なくとも１つの吸収素子および／または移相器が、基板内に埋設されており、このようなマスクにおいて、基板の第１部分が、何らの付加的な材料を導入することなく、基板の第２部分上に接着されていることを特徴とするマスクに関するものである。

マスクは、場合によっては複雑な形状を有しているようなただ１つの吸収素子および／または移相器を有し得るものではあるけれども、一般には、複数の吸収素子および／または移相器を有している。以降の説明においては、複数の吸収素子および／または移相器が設けられる場合を例にとって、説明する。

吸収素子および／または移相器と接触しているキャビティをマスクが一切有していないようにして吸収素子および／または移相器が埋設されている場合には、あるいは、キャビティが存在していたとしてもキャビティが十分に小さなものでありそのため基板を通過する光ビームをわずかしか吸収しない場合には、吸収素子および／または移相器は、基板内に設けられているものと見なされ、また、基板に対して一体アセンブリを形成しているものと見なされる。

マスクが一体的特性を有していることのために、エアによるあるいはガスによる照射光の吸収は、ごくわずかであるあるいはゼロである。また、吸収素子および／または移相器が埋設されていることにより、光に対して曝されることとなる吸収素子および／または移相器の主面は、基板によって被覆されている。よって、吸収素子および／または移相器は、ダストや擦り傷から完璧に保護されている。より詳細には、ダストや擦り傷は、基板の外面上に存在し得るものである。言い換えれば、吸収素子および／または移相器を有した平面または領域の範囲外において、存在し得るものである。吸収素子および／または移相器と、汚染を受ける可能性のある表面と、の間の間隔は、キャビティの厚さに対応するのではなく、基板の厚さに対応する、すなわち、基板のうちの、吸収素子および／または移相器を被覆している部分の厚さに対応する。また、このタイプの吸収素子および／または移相器は、例えば化学浴といったような標準的プロセスを使用することによって、容易にクリーニングすることができる。

基板の第１部分と基板の第２部分との一方の部分には、他方の部分の接触面に対して露出した状態で、少なくとも１つの吸収素子および／または移相器を埋設することができる。この実施形態においては、基板の第２部分が、基板の第１部分のうちの、吸収素子および／または移相器が露出している面を完璧に被覆するような、カバーを形成する。第１部分と第２部分とは、相互に交換することができる。言い換えれば、２つの部分の各々は、埋設された吸収素子と、埋設された移相器と、の双方を備えることができ、他方の部分に対してのカバーとして機能することができる。よって、交互的ＰＳＭタイプのマスクを形成する場合の問題点が、回避される。各機能（位相マスクおよびクロムマスク）は、組付前に特定された基板内において行われる。２つの基板間には、干渉は存在しない。

吸収素子および／または移相器は、不透明な部材と、基板の屈折率とは異なる屈折率を有した透明な部材または半透明な部材と、これらの組合せと、の中から選択することができる。

有利には、互いに直接的に接触する基板の第１部分と第２部分とは、互いに同じ材料から形成することができる。これにより、マスクを通っての光伝搬に関し、不連続性の存在を、完全に防止することができる。第１部分の構成材料と第２部分の構成材料とは、互いに異なるものとして選択することができる。これにより、意図的に位相差を導入することができる。例えば、基板の第１部分と第２部分とは、接着によって、有利には分子接着によって、組み付けられる。

一変形例においては、吸収素子および／または移相器は、また、基板の第１部分と第２部分との間に位置した充填材料を介して接触することもできる。吸収素子および／または移相器は、基板の第１部分および第２部分内に埋設することができる。また、吸収素子および／または移相器は、中間充填材料層内に埋設することができ、基板の第１部分と第２部分との間に介装することができる。

基板の第１部分および第２部分の一方は、あるいは可能であれば双方は、基板の少なくとも第１部分が、基板の第２部分に対向した凹所を有した面を備えているようにして、組付前にエッチングすることができる。凹所は、充填材料によって充填することができる。例えば、充填材料は、基板の第１部分と第２部分をなす材料の中間的材料とすることができる。

充填材料によって充填されるキャビティは、基板の第１部分と第２部分の屈折率と異なる屈折率を充填材料が有している場合には、移相器を形成することができる。

本発明の他の特徴点や格別の態様は、添付図面を参照しつつ、以下の説明を読むことにより、明瞭となるであろう。以下の説明は、本発明を何ら限定するものではなく、単なる例示にすぎない。

以下の説明においては、複数の図面にわたって、同一の部材または同様の部材または等価な部材については、図面間にわたっての比較を容易とし得るよう、同一符号を付している。また、図面を明瞭なものとし得るよう、すべての部材が同一スケールで図示されているわけではない。

図２は、本発明によるマスクを示している。このマスクは、透明な基板（１００）を具備している。この基板内には、吸収素子および／または移相器（１１２）が配置されている。基板は、硬質材料から形成されている。例えば、基板は、シリカや、石英や、あるいは、照射光の波長に関して透明であるような他の任意の材料から、形成されていることが好ましい。

吸収素子および／または移相器は、例えば金属といったような不透明な材料から形成することができ、例えばクロム層とすることができる。吸収素子および／または移相器は、また、例えばＭｏＳｉといったような半透明な材料から形成することもできる。半透明な材料が使用される場合には、そのような半透明な材料を使用することによって、照射光に対する移相器を導入することができる。透明材料の透過係数は、例えば６〜１２％の程度とすることができる。吸収素子および／または移相器を通過したビームと、吸収素子および／または移相器を通過しなかったビームと、の間に存在する位相差の値は、吸収素子および／または移相器の組成や厚さを操作することによって、調節することができる。例えば、組成および厚さを調節することによって、それらビームの位相を、互いに反転したものとすることができる。

図２に示すようなマスクを形成するには、例えば、基板の第１部分（１１０）内において複数のキャビティをエッチング形成し、吸収素子および／または移相器の構成材料として適切な材料からなる層を成膜し、その後、基板の第１部分上において停止するようにしてこの成膜層を平坦化する。この時点で、吸収素子および／または移相器（１１２）が、基板の第１部分（１１０）の表面上において露出したものとして、得られる。吸収素子および／または移相器の形状は、先にエッチング形成されたキャビティの形状に対応したものとなる。吸収素子および／または移相器が露出している面上に、基板の第２部分（１２０）を接着することにより、マスクの形成が完了する。

接着は、直接的な分子接着とすることができる。言い換えれば、付加的な材料を導入しないものとすることができる。これは、互いに接触することとなる基板の第１部分および第２部分の面どうしを適切に研磨してクリーニングすることによって、得られる。例えば、親水タイプの接着を行うことができる。これを得るために、接触前の時点で、良好な親水特性が得られるように、基板の２つの部分がクリーニングされる（例えば、ＳＣ１タイプの化学的クリーニング）。表面粗さ度合いを低減し得るようあるいは除去し得るよう、機械的化学的研磨を行うことができる。接着後には、熱処理を行うことができ、これにより、接着力を増強し得るとともに、良好な長期安定性を付与することができる（例えば、熱処理は、３００Ｋにおいて２時間にわたって行うことができる）。

基板の第１部分および第２部分は、互いに異なる材料から形成することができる、あるいは好ましくは、互いに同じ材料から形成することができる。互いに同じ材料から形成するということは、基板の第１部分から基板の第２部分へと通過する光ビーム経路が、何ら影響を受けないことを意味する。

図３は、光リソグラフィーマスクの形成に関しての他の可能な手法を示している。この例においては、基板の第１部分（１１０）の面上に、不透明な材料または半透明な材料からなる層が、成膜されている。その後、この層をエッチングすることによって、この層に対して、所望のパターンを付与することができる。これにより、１つまたは複数の吸収素子および／または移相器（１１２）を形成することができる。その後、吸収素子および／または移相器どうしの間の隙間は、充填材料（１１４）によって充填される。充填材料（１１４）は、透明な材料ともまた半透明な材料ともすることができ、例えば、溶融シリカや、あるいは、塩素化合物またはフッ素化合物の添加によって修飾された溶融シリカ、とすることができる。この充填材料は、また、遠心力印加とアニールと（ゾルゲルプロセス）によって溶液から成膜された有機無機ガラスとすることも、できる。この材料の選択は、特に重要ではない。吸収素子および／または移相器（１１２）の厚さは、したがって、充填材料の厚さは、通常は、小さなものとされる。よって、充填材料は、照射光を大量に吸収してしまうことはない。この場合、準透明なまたは透明な充填材料を選択することができる。例えば機械的化学的研磨プロセスを使用すること等によって充填材料を平坦化した後に、基板の第１部分（１１０）に対して、上層とも称されるような第２部分（１２０）を組み付けることにより、吸収素子および／または移相器（１１２）を被覆することができる。

図４は、図３の光リソグラフィーマスクの変形例を示している。この変形例においては、充填材料が、吸収素子および／または移相器（１１２）をカバーしている。マスクの形成に際し、充填材料の平坦化は、吸収素子および／または移相器の表面上において停止するのではなく、吸収素子および／または移相器の表面に到達する前に停止される。基板の第１部分（１１０）および第２部分（１２０）の組付時には、充填材料を使用することによって、第１部分と第２部分との接着力を増強することができる。

図５は、図２の光リソグラフィーマスクの変形例を示している。この変形例においては、基板の第１部分（１１０）および第２部分（１２０）の組付の前に、充填材料と同等のものとし得るような透明材料層（１１４）が、基板の第１部分（１１０）のうちの、吸収素子および／または移相器（１１２）が露出されている面上に、成膜される。例えば、透明材料層（１１４）は、接着剤とすることができる。

図６は、本発明による光リソグラフィーマスクの格別の実施形態を示している。この実施形態においては、基板の一方の部分（例えば、１１０）内に直接的に形成された移相器（１１８）が、吸収素子および／または移相器（１１２）と関連している。基板の第１部分（１１０）が、吸収素子および／または移相器が配置されている面上においてエッチング形成された複数の凹所（１１６）を、有していることが観測される。これら凹所は、吸収素子および／または移相器（１１２）の形成前においてもあるいは形成後においても、エッチングによって形成することができる。それら凹所は、特に、吸収素子および／または移相器の間に配置されている。移相器（１１８）は、凹所（１１６）と、これら凹所を充填する充填材料と、の組合せによって、構成されている。図示の例においては、凹所は、上述したような透明な充填材料（１１４）によって充填されている。凹所（１１６）が設けられていることにより、ビームは、基板と充填材料とに関し、様々な厚さのところを通過する。また、凹所（１１６）の深さの関数として、ビームに対して、様々な位相差を導入することができる。

図７は、光リソグラフィーマスクの他の可能な実施形態を示しており、このマスクは、２つのタイプの吸収素子および／または移相器（１１２ａ，１１２ｄ）を備えている。２つの材料層は、基板の第１部分（１１０）内において順次的に成膜されているとともに、所望のパターンに従ったエッチングによって形成されている。基板の第１部分（１１０）に近い順に、基板の第１部分（１１０）の屈折率とは異なる屈折率を有した透明材料または半透明材料からなる層と、不透明材料からなる層と、が設けられている。これら層においてエッチングを行うことによって、透明なまたは半透明な層に対応して移相器（１１２ｄ）が形成されているとともに、不透明な層に対応して吸収素子（１１２ａ）が形成されている。

吸収素子（１１２ａ）が、移相器（１１２ｄ）を被覆し得ることおよび部分的に遮蔽し得ることを、観測することができる。吸収素子と移相器（１１２ｄ）との間のスペースは、上述したのと同様の充填材料（１１４）によって充填される。必要であれば、充填材料が、移相器を形成することもできる。

図８および図９は、図７の光リソグラフィーマスクの変形例を示している。この変形例においても、吸収素子（１１２ａ）と移相器（１１２ｄ）とを備えている。図８の場合には、吸収素子（１１２ａ）は、基板の第１部分（１１０）の組付面上に形成されている。一方、移相器（１１２ｄ）は、基板の第２部分（１２０）内に嵌め込まれている。透明材料（１１４）が、吸収素子（１１２ａ）をコーティングしている。基板の第２部分（１２０）の吸収素子が、基板の第１部分の吸収素子どうしの間に残された隙間と一致していることを、観測することができる。図８に示すようなマスクの一実施形態においては、移相器（１１２ｄ）を固体とすることもまた気体とすることもできることに、注意されたい。

図９に示す例においては、移相器（１１２ｄ）が、例えば層をエッチングすることにより、基板の第２部分（１２０）上に形成されており、他方、吸収素子（１１２ａ）が、基板の第１部分（１１０）上に形成されている。その後、吸収素子および／または移相器が配置されている面どうしを対向させつつ、第１部分と第２部分とを組み付け、透明な充填材料層（１１４）を介してそれら第１部分と第２部分とを互いに連結する。この層は、吸収素子および／または移相器をコーティングする。

ある特別の実施形態においては、基板の第１部分と第２部分とを接着した後に、少なくとも一方の部分を薄肉化することによって、第１部分と第２部分との合計厚さよりも薄い基板を得ることができる。このことは、マスクを装置内に配置することを容易なものとする。

公知のタイプの光リソグラフィーマスクを単純化して概略的に示す断面図である。 本発明による光リソグラフィーマスクを概略的に示す断面図であり、基板が２つの部分から構成されている。 本発明による光リソグラフィーマスクを概略的に示す断面図であり、中間充填層が設けられている。 本発明による光リソグラフィーマスクを概略的に示す断面図であり、図３に示すマスクに関する変形例を示している。 本発明による光リソグラフィーマスクを概略的に示す断面図であり、図２に示すマスクに関する変形例を示している。 本発明による光リソグラフィーマスクを概略的に示す断面図であり、移相器を有している。 本発明による光リソグラフィーマスクを概略的に示す断面図であり、移相器を有している。 本発明による光リソグラフィーマスクを概略的に示す断面図であり、図７に示すマスクに関する変形例を示している。 本発明による光リソグラフィーマスクを概略的に示す断面図であり、図７に示すマスクに関する変形例を示している。

符号の説明

１００ 透明基板
１１０ 第１部分
１１２ 吸収素子および／または移相器
１１２ａ 吸収素子
１１２ｄ 移相器
１１４ 充填材料
１２０ 第２部分

Claims (8)

1. 透明基板（１００）を具備してなる光リソグラフィーマスクであって、
   前記基板が、第１部分（１１０）と、この第１部分（１１０）に対して固定された第２部分（１２０）と、を備え、
   少なくとも１つの吸収素子および／または移相器（１１２）が、前記基板内に埋設されており、
   このようなマスクにおいて、
   前記基板の前記第１部分が、何らの付加的な材料を導入することなく、前記基板の前記第２部分上に接着されていることを特徴とするマスク。
2. 請求項１記載のマスクにおいて、
   前記基板の前記第１部分が、分子接着によって、前記基板の前記第２部分上に接着されていることを特徴とするマスク。
3. 請求項１記載のマスクにおいて、
   前記基板の前記第１部分と前記基板の前記第２部分との各々には、少なくとも１つの吸収素子および／または移相器が、埋設されていることを特徴とするマスク。
4. 請求項１記載のマスクにおいて、
   前記基板の前記第１部分と前記基板の前記第２部分との一方の部分には、他方の部分の接触面に対して露出した状態で、少なくとも１つの吸収素子および／または移相器（１１２）が埋設されていることを特徴とするマスク。
5. 請求項１記載のマスクにおいて、
   前記吸収素子および／または移相器が、前記基板の前記第１部分（１１０）と前記基板の前記第２部分（１２０）との間に位置した充填材料（１１４）に対して接触していることを特徴とするマスク。
6. 請求項５記載のマスクにおいて、
   少なくとも１つの吸収素子および／または移相器が、前記基板の前記第１部分（１１０）と前記基板の前記第２部分（１２０）との間に介装されていることを特徴とするマスク。
7. 請求項１記載のマスクにおいて、
   少なくとも１つの吸収素子および／または移相器が、不透明な部材と、前記基板の屈折率とは異なる屈折率を有した半透明な部材と、これらの組合せと、の中から選択されていることを特徴とするマスク。
8. 請求項１記載のマスクにおいて、
   前記基板の少なくとも前記第１部分（１１０）が、前記基板の前記第２部分（１２０）に対向した凹所（１１６）を有した面を備え、
   前記凹所が、充填材料（１１４）によって充填されていることを特徴とするマスク。

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