JP2006293330A - フォトマスク、位相シフトマスク、露光装置 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】露光パターンを照射する露光装置に使用されるフォトマスクであって、互いに干渉しない偏光成分を生成しかつ相互に接する少なくとも二つの偏光変調領域(131、132)を有し、位相差が180度となるように位相を付与しかつ相互に接する少なくとも二つの位相変調領域(133、134)を有し、透過率を低下させる振幅変調領域(143)を有し、前記偏光変調領域の接線と前記位相変調領域の接線が対応する位置にあり、かつ前記振幅変調領域は前記共通する接線の両側に所定の距離だけ離れた部分に設けられている。
【選択図】 図6
Description
かかる問題点を解決するため、図2に示すような所謂「偏光位相シフトマスク」110が開発された。偏光位相シフトマスクとは、図1に示すような従来の位相シフトマスク100に、フェーズコンフリクトの問題を解決するため偏光マスクの機能を付加したものである。
以上の機能を実現するため、偏光位相シフトマスクの形成においては、偏光機能を有する構造をフォトマスク上に形成するための微細パターニング処理が必須である。偏光機能の形成を可能とする具体的な方法として、例えば導電体格子を設ける方法が、特開平9-120154、特開平7-36174、および特開平7-176476に記載されている。
二つの偏光変調領域が相互に接する接線と二つの位相変調領域が相互に接する接線とはそれぞれ対応する位置にあり、かつ振幅変調領域は該対応する位置の両側に、対応する位置から所定の距離だけ離れた領域に設けられていることを特徴とするフォトマスクである。
かかる構造により、ディップ強度をそのままの値に保った状態で、境界部分即ち位相段差部141以外の部分の透過光強度(すなわち背景強度)を所定の値だけ低下させることができる。かかる低下により、相対的にディップ強度を高くすることができる。ディップ部136の両側に山形144の強度分布ができるが、この位置には通常形成すべきパターンはないので露光処理上は問題とならない。
また、図6のマスク部分においては、位相段差部141(位相変調シフト部)を有する位相変調層133、134が形成されている。しかし、場所によっては偏光変調領域131、132の境界部分(偏光変調シフト部)は存在しても位相段差部141は有しない位置がある。かかる位相段差の無いマスク部分においても偏光変調領域131、132の境界部分145にこの構造、即ち振幅変調領域143を設けることが望ましい。
偏光変調素子としてフォトニック結晶を用いて本発明のフォトマスクを形成した実施例について図7および図8A〜図8Eを用いて説明する。
フォトニック結晶の作製方法は複数提案されている。例えば、E. Yablonovitch, T. J.Gmitter and K. M. Leung: Phys. Rev. Lett. 67 (1991) 2295に記載されているような誘電体ブロックの表面にドリル等を用いて穿孔を形成する方法、例えば、E. Ozbay, E. Michle, G. Tuttle, R. Biswas, M. Sigalas and K.-M. Ho: Appl. Phys. Lett. 64 (1994) 2059に記載されているようにケミカルエッチィングを用いて多数の誘電体ロッドを形成しこれらのロッドを積層する方法、例えば、S. Kawakami, T. Kawashima and T. Sato : Phys. Lett. 74 (1999) 463. に記載されているような基板に形成した凹凸の表面パターンを保ったまま多層の堆積を行う自己クローニング法、例えば、H.-B. Sun, S. Matsuo and H. Misawa: Opt. Rev. 6 (1999)396.に記載されているような多光子吸収を用いる方法、または誘電体中に周期構造を描きこれを固定化してフォトニック結晶を形成するホログラフィ技術を用いる方法などがある。実施例1は自己クローニング法を用いて偏光変調領域を形成する。自己クローニングによる作製法では複数のV字形状薄層を順次積層することによりフォトニック結晶を実現している。自己クローニング法は、表面に凹凸部の形成された透明基板を作製し、その上に2種類の薄膜を多数交互にスパッタすることにより周期構造を生成する方法である。
続いて、この偏光変調領域を形成するフォトニクス結晶領域152の上部に位相シフト層を形成するため、例えばSiO2層159をPE−CVD法(Plasma Enhanced Chemical Vapor Deposition Method)により例えば800nmの膜厚で成膜する。この成膜においては、フォトニック結晶152の表面のV字型の凹凸形状156がSiO2層159の表面に現れないよう、表面が平坦化される成膜条件を選ぶのが良い。
続いて、マスクパターンを構成する遮光層を形成する。このため先ず遮光膜、例えばクロム薄膜を、照射光を完全に遮光可能な例えば800nmの厚さでスパッタ成膜する。そしてレジスト塗布、パターニング、ドライエッチング工程により、所定のマスクパターンを有するクロム遮光層163を形成する。作成した遮光層163を図8Cの(c−1)および(c−2)に示す。遮光層の材料としてはクロム以外にも例えば金、銀、アルミニウム等の金属材料を用いることができる。遮光層の形成されたマスク図8Cの(c−1)におけるZ−Z‘部の断面を図8Cの(c-2)に示す。
次に遮光層が形成されたマスクに、振幅変調層を形成する。このため、例えばクロム薄層を6nmの厚さでスパッタ成膜する。この6nmの厚さは波長365nmの照射光の透過率を50%にする厚さである。さらにこの上にレジストを塗布し、パターニング、ドライエッチング等を含むリソグラフィ工程により、クロム振幅変調層164を形成する。エッチング工程のとき、振幅変調層のクロム164の直下には遮光層のクロム163がある。しかし、両者の厚みが大きく異なり、かつ遮光層163は厚みが多少異なっても透過率はほとんど変化しない(0%とみなしてもよい)ため、適度なエッチング条件を選べば問題とならない。作成したマスクの平面図を図8Dの(d−1)に示す。図8Dの(d−1)におけるW−W‘部の断面を図8Dの(d-2)に示す。
このようにして作成した偏光位相シフトマスクを使用してランダム偏光照明によりレジストパターンを生成した例を図9Aおよび図9Bに示す。比較のため振幅変調層のないフォトマスク、即ち従来技術によるフォトマスクを使用して露光した例についても示す。
次に図10A〜図10Eにより偏光変調素子としてグリッド偏光子を用いた場合の実施例について説明する。
図10Aの(a−2)に示すように先ず石英基板181の表面に格子パターンを形成するための金属薄膜、例えばクロム膜182を通常のスパッタ条件でスパッタ製膜する。金属材料はクロムに限定するものではない。続いて、微細加工において使用される通常の方法により、レジストを塗布し、パターニングし、クロム膜をドライエッチングすることにより、互いに直交するクロム薄膜によるグリッド格子183、184を作製する。
続いて、グリッド格子183、184の上部に、SiO2層187を例えばPE−CVD法(Plasma Enhanced Chemical Vapor Deposition Method)により800nmの膜厚で成膜する。この成膜は、実施例1の場合と同様に、グリッド格子183、184の表面の凹凸形状がSiO2層187の表面に現れないような条件を選ぶ。
続いて、位相変調領域の上部に例えばクロム層を800nmの厚さでスパッタ成膜する。そしてこの上部に通常のリソグラフィ法によりレジストを塗布し、パターニングし、ドライエッチングすることにより、クロム遮光層191を形成すれる。作成した結果を図10Cの(c−1)および(c−2)に示す。
続いて、振幅変調層を形成するため、例えばクロム薄層を6nmの厚さでスパッタ成膜する(透過率50%)。さらにこの上にレジストを塗布し、通常のパターニング、ドライエッチング工程により、クロム振幅変調層192を形成する。振幅変調層192のクロム薄膜の直下には遮光層のクロム遮光層191が形成されている。しかし、両者の厚みが大きく異なり、かつ遮光層191の厚みは多少後のエッチング工程において減少しても透過率はほとんど変化しない(0%とみなしてもよい)。このため、エッチング工程において適度なエッチング条件を選ぶことにより特に問題は発生しない。作成したマスクを図10Dの(d−1)および(d−2)に示す。
このようにして作成した偏光位相シフトマスク180を用いて、ランダム偏光照明によりレジストパターンを生成した。このとき、振幅変調層のないフォトマスク、すなわち従来技術を使用したフォトマスクによるレジストパターンも生成して比較した。
図11に本発明の実施に使用可能な、少なくとも二つの位相変調領域201、202、少なくとも二つの偏光変調領域203、204、そして遮光層206を有するそれぞれ異なる構成例A型〜D型を示す。振幅変調領域は図8Dの(d−1)、(d−2)と同様に形成されるが、記載を省略してある。図11(b)においては、マスクの偏光変調領域における透過直後の偏光の状態(即ち偏光の方向)を矢印(←→)で示す。A〜Dのいずれの型も、互いに直交する直線偏光を生成する。また、透過光の位相シフトの状態を0°および、180°の位相標記により示す。ここで位相0°は、その部分を位相の基準としたことを意味する。なお、断面図(A−B−C)の各部分は、図11(b)の表の上部に示した平面図(a)のA−B−Cの部分に対応する。これらA〜D型の構成は、偏光位相シフトマスクに要求される光の状態を全て含むものである。かかる配置を実現することで任意のパターンが形成可能となる。
偏光変調として構造性複屈折素子を用いた実施例
本発明にフォトマスクにおいては、例えば図4の偏光変調領域132のために、図14Aに示す構造性複屈折素子を使用することができる。
電界が格子に平行な場合の誘電率は εp=f1ε1+f2ε2 式2
として計算できる。ここで
ε1が空気の場合は、 ε1=(n1)1/2=1.0
ε2が石英ガラスの場合は、 ε2=(n2)1/2=(1.46)1/2
デューティを0.5とする。 即ち、 f1=f2=0.5
λ/4板の条件 λ/4=d(na−nb)=d(εa 2−εb 2)
波長については例えば λ=365nm
として計算できる。
偏光変調領域としてフォトニック結晶を用いた実施例
本発明のフォトマスクにおいて、偏光変調領域を形成するためには、以下に述べるフォトニック結晶を使用することができる。フォトニック結晶については、例えば“吉野・武田、「フォトニック結晶の基礎と応用」、コロナ社発行、2004年4月28日刊”に述べられている。
波数(k)=ka/2π 式4
ここで、
ω:角周波数
a:格子のピッチ
c:真空中の光速
k:波数
である。
a/λ=0.35
と変形され、例えば波長365nmを用いる場合、格子ピッチとしてa=128nm(=365×0.35)を選択することを意味する。
投影露光装置の実施例
図16は本発明に係るフォトマスクが適用された投影露光装置の一実施例の概略を示すものである。図16に示す投影露光装置は、半導体ウエハ等の基板306に照射光を与える光源301を有する。光源としては例えば超高圧水銀灯やKrF(248nm)やArF(193nm)等によるエキシマ・レーザを用いることができる。光源301からの光は、通常の照明光学系302を介することにより、一様な照度分布が達成される。なお、照明光学系302は例えば複数のコンデンサ・レンズ、インテグレータ、マスキングブレード等を使用して構成することができる。
Claims (15)
- 露光パターンを照射する露光装置に使用されるフォトマスクであって、
互いに干渉しない偏光成分を生成し、かつ相互に接する少なくとも二つの偏光変調領域と、
位相差が180度となるように位相を付与し、かつ相互に接する少なくとも二つの位相変調領域と、そして
透過率を低下させる振幅変調領域とを有し、
前記二つの偏光変調領域が相互に接する接線と前記二つの位相変調領域が相互に接する接線とは照射方向に関してそれぞれ対応する位置にあり、かつ前記振幅変調領域は前記対応する位置の両側に、前記対応する位置から所定の距離だけ離れた領域に設けられていることを特徴とするフォトマスク。 - 前記振幅変調領域は、入射光に対する透過率が50%以下であることを特徴とする請求項1のフォトマスク。
- 前記二つの偏光変調領域は、偏光変調領域の面内で互いに直交する軸を有する直線偏光器により形成される請求項1のフォトマスク。
- 前記二つの直線偏光器は、互いに直交する軸を有する導電体の格子からなる直線偏光器である請求項3のフォトマスク。
- 前記直線偏光器は、特定の偏光成分に対してのみフォトニックバンドギャップを有する構造からなることを特徴とする請求項3のフォトマスク。
- 前記二つの偏光変調領域は、互いに異なる複屈折機能を有する素子により形成される請求項1のフォトマスク。
- 前記複屈折機能を有する素子は、光の電気ベクトルの振動面が直交する2つの偏光成分の間の位相差が略90°となるものであることを特徴とする請求項6のフォトマスク。
- 前記複屈折機能を有する素子は、光の電気ベクトルの振動面が直交する2つの偏光成分の間の位相差が略180°となるものであることを特徴とする請求項6のフォトマスク。
- 前記二つの偏光変調領域は、直線偏光を入射したときの出力光が互いに干渉しない偏光となることを特徴とする請求項1ないし7のいずれか1に記載のフォトマスク。
- 前記二つの偏光変調領域は、円偏光を入射したときの出力光が互いに干渉しない偏光となることを特徴とする請求項1ないし7のいずれか1に記載のフォトマスク。
- 露光パターンを照射する露光装置に使用されるフォトマスクであって、
互いに干渉しない偏光成分を生成しかつ相互に接する、少なくとも二つの偏光変調領域と、
照射光に対して透過率を低下させるための振幅変調領域とを有し、
前記振幅変調領域は、前記二つの偏光変調領域が相互に接する接線の両側に、所定の距離だけ離れた部分に設けられていることを特徴とするフォトマスク。 - 入射光に対して複数の変調機能を有するフォトマスクであって、
前記入射光に対して同一光路上に設けられた偏光変調領域の境界および位相変調領域の境界と、
前記位相変調領域の境界および偏光変調領域の境界の光路上での前記入射光に対する透過率が大きく、前記位相変調領域の境界および前記偏光変調領域の境界の光路上から所定距離だけ離れた他の前記入射光に対して透過率が小さい透過率分布を生成する振幅変調手段とを
具備してなることを特徴とするフォトマスク。 - 露光パターンを照射する露光装置に使用され、相互に接する少なくとも二つの偏光変調領域を有する位相シフトマスクであって、
前記位相シフトマスクの所定の領域に、照射光に対する透過率を低下させるための振幅変調領域を設けたことを特徴とする位相シフトマスク。 - 露光用の光を発する光源と、
この光源からの光路に設けられたフォトマスクと、
このフォトマスクの透過光路に設けられた投影光学系とを有する露光装置であって、
前記フォトマスクは前記光源からの光に対して同一光軸上に設けられた偏光変調領域の境界および位相変調領域の境界と、
前記位相変調領域の境界および偏光変調領域の境界の光路上での前記入射光に対する透過率が大きく、前記位相変調領域の境界および前記偏光変調領域の境界の光路上から所定距離だけ離れた位置に設けられた他の前記入射光に対して透過率が小さい透過率分布を生成する振幅変調手段とを具えてなることを特徴とする露光装置。 - 前記前記位相変調領域の境界および前記偏光変調領域の境界の光路上から所定距離は、λを光源から光の波長、NAを投影光学系の開口数としたとき、0.61λ/NAないし2.44λ/NAであることを特徴とする請求項14記載の露光装置。
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