JP4199708B2

JP4199708B2 - 回折光学素子及び回折光学素子を形成する方法

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Publication number: JP4199708B2
Application number: JP2004217818A
Authority: JP
Inventors: エイウィルクロウロナルド
Original assignee: ASML Holding NV
Current assignee: ASML Holding NV
Priority date: 2003-07-24
Filing date: 2004-07-26
Publication date: 2008-12-17
Anticipated expiration: 2024-07-26
Also published as: US20050018296A1; JP2005043900A; US20070183046A1; US20050157391A1

Description

本発明は、概して、露光中に光の極めて短い波長を用いるリソグラフィシステムにおいて使用される回折素子に関する。

リソグラフィは、基板の表面にフィーチャを形成するために使用されるプロセスである。このような基板は、フラットパネルディスプレイ（例えば液晶ディスプレイ）、回路板、様々な集積回路及び同様のものの製造において使用されるものを含むことができる。このような用途のために頻繁に使用される基板は半導体ウェハ又はガラス基板である。この記述は例示目的のために半導体ウェハに関して書かれているが、当業者は、この記述が、当業者に知られているその他のタイプの基板に適応することを認めるであろう。

リソグラフィ中、ウェハステージに配置されたウェハは、リソグラフィ装置内に配置された露光光学系によってウェハの表面に投影される画像に露光される。フォトリソグラフィの場合には露光光学系が使用されるが、特定の用途に応じて異なるタイプの露光装置を使用することができる。例えば、Ｘ線、イオン、電子又は光子リソグラフィはそれぞれ、当業者に知られているように、種々異なる露光装置を必要とする可能性がある。

投影された画像は、ウェハの表面に堆積された層、例えばフォトレジストの特性を変化させる。これらの変化は、露光中にウェハに投影されたフィーチャに相当する。露光に続き、層は、パターニングされた層を形成するようにエッチングされることができる。パターンは、露光中にウェハに投影されたフィーチャに相当する。このパターニングされた層は、次いで、ウェハ内の下に位置する構造層、例えば導電層、半導体層又は絶縁層、の露光された部分を除去又はさらに処理するために使用される。次いで、ウェハの表面又は様々な層に所望のフィーチャが形成されるまでこのプロセスはその他のステップと共に繰り返される。

ステップ及びスキャン技術は、狭いイメージングスロットを有する投影光学系に関連して働く。一度にウェハ全体を露光するのではなく、一度に個々のフィールドがウェハ上にスキャンされる。このことは、イメージングスロットがスキャン中にフィールドを横切るように、ウェハとレチクルとを同時に移動させることによって達成される。次いで、ウェハ表面上にレチクルパターンの複数の複製が露光されるように、ウェハステージはフィールド露光の間を非同期的にステップ移動させられなければならない。この形式では、ウェハに投影されるイメージの画質が最大限となる。

慣用のリソグラフィシステム及び方法は半導体ウェハ上に画像を形成する。システムは通常、半導体ウェハ上への画像形成プロセスを行う装置を含むように設計されたリソグラフィチャンバを有している。チャンバは、使用される光の波長に応じて種々異なる混合ガス及び／又は真空の程度を有するように設計されることができる。レチクルはチャンバ内に位置決めされている。光のビームは、半導体ウェハと相互作用する前に、（システムの外側に配置された）照明源から、光学系と、レチクルにおける画像輪郭と、第２の光学系とを通過させられる。

慣用のシステムは、光源からの照明エネルギを分配するために光学系において回折素子を使用することができる。しかしながら、回折素子を形成するために使用される通常の材料は、ナノメートル範囲（例えば約１００ｎｍ〜約３００ｎｍ）の波長の光を吸収する傾向がある。さらに、フッ化カルシウム等の、実質的にほとんどを減衰を有さない材料は、回折素子として有効に使用されることはできない。これは、表面に回折パターンをパターニングしようとした場合に、結晶性質が異方性エッチングを生じるからである。この問題を解決するために使用されることができる１つの材料は、ドーピングされた溶融シリカである。あいにく、この材料は光学系を通る光の透過を低下させ、レーザ減衰の高い潜在性を有する。

したがって、必要とされているのは、前記特性を示さない、光の極めて短い波長、例えばナノメートル範囲（例えば約１００ｎｍ〜約３００ｎｍ）を使用するシステムにおいて使用されることができる回折素子である。

本発明の実施形態は、約１００ｎｍ〜約３００ｎｍの波長を有する光を透過する基板（例えばフッ化カルシウム、フッ化バリウム等から形成されている）を提供することを含む方法を提供する。非晶質の等方性の層（例えば二酸化ケイ素等から形成されている）を基板上に形成し、この層は、光の実質的な減衰なしに範囲の波長で光を透過する。回折素子が形成されるように、層をパターニングし、パターニングに基づき基板の領域から層の一部を除去する。

本発明の別の実施形態は、約１００ｎｍ〜約３００ｎｍの波長を有する光を透過するように構成された回折素子を提供する。回折素子は、透過中に光の比較的低い減衰を許容する基板と、基板表面にパターニングされた非晶質の等方性の構造とを有する。

本発明の別の実施形態は、約ナノメートル範囲（例えば約１００ｎｍ〜約３００ｎｍ）の波長を有する光を用いて基板をパターニングするように構成されたリソグラフィシステムを提供する。リソグラフィシステムは、光を透過する材料から形成された回折素子を含む。回折素子は、透過中に光の比較的低い減衰を許容する基板と、基板の表面にパターニングされた非晶質の等方性の構造とを有する。

本発明のさらに別の実施形態は、約ナノメートル範囲（例えば約１００ｎｍ〜約３００ｎｍ）の波長を有する光を透過する回折素子を形成する方法を提供する。この方法は、基板を提供し、基板に非晶質の等方性の層を形成し、非晶質の等方性の層にレジスト層を形成し、レジスト層をパターニングし、パターニングに基づきレジスト層の一部を除去し、前のパターニングステップに基づき非晶質の等方性の層をパターニングし、レジスト層の残りの部分を除去することを含む。

本発明のさらに別の実施形態は、約ナノメートル範囲（例えば約１００ｎｍ〜約３００ｎｍ）の波長を有する光を透過する回折素子を形成する方法を提供する。この方法は、基板を提供し、レジスト層を形成し、レジスト層をパターニングし、パターニングに基づきレジスト層の一部を除去し、パターニングされたレジスト層に非晶質の等方性の層を形成し、非晶質の等方性の層を研磨し、レジスト層の残りの部分を除去することを含む。

本発明の別の実施形態、特徴及び利点と、本発明の様々な実施形態の構造及び操作は、添付の図面を参照に以下に詳細に説明される。

ここに組み込まれかつ明細書の一部を形成した添付の図面は、本発明を示しており、詳細な説明と相俟って、さらに発明の原理を説明するために及び当業者が発明を形成及び使用することを可能にするために働く。

概略
具体的な構成及び配列が説明されるが、この説明は例示目的のためにのみ行われることが理解されるべきである。当業者は、本発明の思想及び範囲から逸脱することなくその他の構成及び配列を使用することができることを認識するであろう。本発明をその他の様々な用途において使用することもできることが当業者に明らかになるであろう。

本発明は、光の極めて短い波長、例えば約ナノメートル範囲（例えば約１００ｎｍ〜約３００ｎｍ）の波長を有する光を使用するシステムにおいて使用されることができる回折素子を提供する。回折素子は、この波長範囲における高い透過特性を有する基板を使用して形成される。例えば、フッ化カルシウム又はフッ化バリウムを使用することができる。二酸化ケイ素等の非晶質の等方性の材料のパターニングされた層が、回折を許容するために基板上に形成される。

約ナノメートル範囲（例えば約１００ｎｍ〜約３００ｎｍ）の波長において僅かな吸収を有するために、層は十分に薄い、例えば使用される光の波長と実質的に等しいことができる。このような薄い層におけるレーザダメージは取るに足らないであろう。層の厚さは正確に制御されかつ均一であることができる。層のために使用されるほとんどの除去プロセスは基板を除去しないので、基板は、回折素子の厚さのためのストッパとして機能することができる。この場合、層の厚さはパターンの厚さであることができる。このことは、より効率的な製造と、製造公差の優れた制御とを生じる。

当業者によって理解されるように、回折素子は、リソグラフィツールの照明系におけるものに関連して記載されているが、回折素子は、ホログラフィシステム、測定学システム、照明系及び同様のもの等の、短い波長範囲（例えば約１００ｎｍ〜約３００ｎｍ）の波長を有する光を使用するあらゆるシステムにおいて使用することができる。また、基板上の回折格子として説明されているが、本発明の範囲から逸脱することなく、光学系内のあらゆる光学素子、例えばレンズ又はミラーに回折格子を付加することができる。

全体的システム
図１は、本発明の実施形態によるシステム１００を示している。システム１００は、照明光学系１０４に光を放出する照明源１０２を有している。照明光学系１０４は、光をマスク又はレチクル１０６を通過させ（又は反射させ）、投影光学系１１０を介して基板１０８に送る。このシステムの１つの実施形態はリソグラフィシステム、または同様のものであることができる。別の実施形態はホログラフィシステムであることができる。照明光学系１０４は、回折素子（図示されていないが、以下でさらに詳しく説明される素子７００（図７）又は素子１３００（図１３）が例である）を有することができ、この回折素子は、照明エネルギを再分配するのを助けるために使用されることができる。

回折素子を製造するための製造プロセスの実施形態の例が、以下に回折素子７００及び／又は１３００に関して、それぞれ図２〜図７及び図８〜図１３を参照して示されている。回折素子を形成するために、本発明の範囲内で考えられるその他のプロセスを使用することができる。

図２は、回折素子７００を形成するための第１の製造ステップを示している。フッ化カルシウム（ＣａＦ_２）、フッ化バリウム（ＢａＦ_２）又は同様のものから形成されていることができる基板２００が提供される。基板２００は、約１ｍｍ〜約６ｍｍの範囲の厚さを有することができ、これは実行仕様（implementation specific）であることができる。基板２００を形成するために使用される材料のタイプは、光学系において使用される光の波長に基づくことができる。例えば、上記の材料は、１５７ｎｍ、１９３ｎｍ及び／又は２４８ｎｍの光を使用する、真空紫外光（ＶＵＶ）システムに関して使用されることができる。すなわち、光の波長に基づきあらゆるその他の適切な材料を使用することができる。

図３は、回折素子７００を形成するための第２の製造ステップを示している。基板２００は、層３００が基板２００の表面に形成された後に示されている。形成は、スパッタリング、化学的気相成長、蒸着又は同様のものを使用して材料を堆積することに基づくことができる。層３００は、非晶質で、等方性の構造である。例えば、層２００は、二酸化ケイ素（ＳｉＯ_２）、シリカ又は同様のものから形成されることができる。この材料は、確立された除去（例えばエッチング）プロセスと化学とを有するので、使用することが有利である。当業者に知られるようなその他の材料を使用することができる。層３００の厚さは、所望の回折効果のために必要な位相差に基づくことができる。これは、装置が設計されている光の波長よりも小さいか又はこの波長とほぼ等しい。例えば、約１００ｎｍ〜約３００ｎｍの厚さを使用することができる。

図４は、回折素子７００を形成するための第３の製造ステップを示している。層３００の上にレジスト層４００が形成される。形成は、前記のように、公知のプロセスを使用して公知のレジスト材料を堆積させることに基づくことができる。レジスト層４００は、前記のような機能を行うために、あらゆる厚さであることができ、この分野において知られる材料から形成されることができる。

図５は、回折素子７００を形成するための第４のステップを示している。前もって形成されたパターンに基づきレジスト層４００の一部が除去される。除去は、エッチング又はその他のあらゆる公知のプロセスを介して行われることができる。

図６は、素子７００を形成するための第５のステップを示している。前もって除去されたレジスト４００の部分に基づき、層３００の一部が除去される。除去は、エッチング又はあらゆるその他の公知のプロセスを介して行われることができる。基板２００は、層３００の一部を除去するために使用されるプロセスに対して耐性の材料から形成されているならば、ストッパとして作用することができる。つまり、基板２００の表面の上方における層２００の厚さは、正確に制御することができる。

図７は、回折素子７００を形成するための第６のステップを示している。回折素子７００は、レジスト層４００の残りの部分が除去された後において示されている。レジスト４００の第１の部分を除去するための上記のプロセスと同様のプロセスを、レジスト層４００の残りの部分を除去するために使用することができる。

図８は、回折素子１３００を形成するための第１の製造ステップを示している。フッ化カルシウム（ＣａＦ_２）、フッ化バリウム（ＢａＦ_２）又は同様のものから形成されることができる基板８００が提供される。基板８００は、約１ｍｍ〜約６ｍｍの範囲の厚さを有することができる。基板８００を形成するために使用される材料のタイプは、光学系において使用される光の波長に基づくことができる。例えば、１５７ｎｍ、１９３ｎｍ及び／又は２４８ｎｍの光を使用する真空紫外光（ＶＵＶ）システムに関して上記材料を使用することができる。つまり、光の波長に基づきあらゆる適切なその他の材料を使用することができる。

図９は、回折素子１３００を形成するための第２の製造ステップを示している。基板８００は、基板８００の表面にレジスト層９００が形成された後において示されている。形成は、前記のように、公知のプロセスを使用して公知のレジスト材料を堆積させることに基づくことができる。レジスト層９００は、上記のような機能を行うために、あらゆる厚さでありかつこの分野において知られる材料から形成されていることができる。

図１０は、回折素子１３００を形成するための第３の製造ステップを示している。レジスト層８００の一部は、前もって形成されたパターンに基づき除去されている。除去は、エッチング又はその他のあらゆる公知のプロセスを介して行うことができる。

図１１は、回折素子１３００を形成するための第４の製造ステップを示している。層１１００は、基板８００の表面の一部と、レジスト層９００の残りの部分の表面とに形成されている。形成は、スパッタリング、化学的気相成長、蒸着又は同様のものを使用して材料を堆積させることに基づくことができる。層１１００は、非晶質で等方性の構造である。例えば、層１１００は、二酸化ケイ素（ＳｉＯ_２）、シリカ又は同様のものから形成されることができる。この材料は、確立された除去（例えばエッチング）プロセス及び化学を有しているので使用することが有利である。当業者に知られるようなその他の材料を使用することもできる。

図１２は、回折素子１３００を形成するための第５の製造ステップを示している。層１１００の一部は、研磨又は同様のものを介して除去されている。除去された量は、レジスト層９００の厚さに基づく。

図１３は、回折素子１３００を形成するための第６の製造ステップを示している。レジスト層９００の残りの部分が除去され、パターニングされた層１１００を提供している。除去は、エッチング又は同様のものを介して行われることができる。層１１００の最終的な厚さは、所望の回折効果のために必要な位相差に基づくことができる。これは、装置が設計された光の波長よりも小さいか又はこの波長とほぼ等しい。例えば、１００ｎｍ〜約３００ｎｍの厚さを使用することができる。

結論
本発明の様々な実施形態は上に説明されているが、これらの実施形態は、限定ではなく例としてのみ示されていることが理解されるべきである。本発明の思想及び範囲から逸脱することなく実施形態において形式及び詳細の様々な変更を行うことができることは当業者にとって明らかとなるであろう。つまり、本発明の広さ及び範囲は、上記の典型的な実施形態の何れによっても限定されるべきではなく、請求項及び請求項の均等物に基づいてのみ定義されるべきである。

本発明の実施形態によるリソグラフィシステムを示している。

本発明の実施形態による回折素子を形成するための１つのステップを示している。

本発明の別の実施形態による回折素子を形成する１つのステップを示している。

符号の説明

１００システム、１０２照明源、１０４証明光学系、１０６マスク又はレチクル、１０８基板、１１０投影光学系、２００基板、３００層、４００レジスト層、８００基板、９００レジスト層、１１００層、７００，１３００回折素子

Claims

約１００ｎｍ〜約３００ｎｍの波長を有する光を透過する回折素子を形成する方法であって、
約１００ｎｍ〜約３００ｎｍの波長を有する前記光を当該光の実質的な減衰なしに透過する基板を提供し、
前記基板上に、約１００ｎｍ〜約３００ｎｍの波長を有する前記光を当該光の実質的な減衰なしに透過することができる、約１００ｎｍ〜約３００ｎｍの厚さを有するレジスト層を形成し、
前記レジスト層にパターンを露光し、
前記露光されたパターンに基づきレジスト層の一部をエッチングして除去し、
前記パターニングされたレジスト層上に非晶質等方性層を形成し、
前記パターニングされたレジスト層に基づき前記非晶質等方性層の一部を研磨して除去し、
前記レジスト層の残りの部分をエッチングして除去する、
ことを特徴とする方法。
前記回折格子が形成される前記基板として光学素子が提供される、請求項１記載の方法。
前記回折格子が形成される前記基板としてレンズが提供される、請求項１記載の方法。
前記回折格子が形成される前記基板としてミラーが提供される、請求項１記載の方法。
前記基板がフッ化バリウムから形成される、請求項１記載の方法。
前記基板がフッ化カルシウムから形成される、請求項１記載の方法。
前記非晶質等方性層が二酸化ケイ素から形成される、請求項１記載の方法。
前記非晶質等方性層の前記エッチングして除去するステップが、前記非晶質等方性層の一部のみを除去する材料を使用することを含む、請求項１記載の方法。
前記レジスト層の前記エッチングして除去するステップが、前記レジスト層の一部のみを除去する材料を使用することを含む、請求項１記載の方法。
前記基板が層の厚さを制御するためのストッパとして作用する、請求項１記載の方法。
前記基板が約１ｍｍ〜約６ｍｍの厚さを有する、請求項１記載の方法。