JPH04226013A - イメージの露光装置及び露光方法 - Google Patents
イメージの露光装置及び露光方法Info
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- JPH04226013A JPH04226013A JP3094891A JP9489191A JPH04226013A JP H04226013 A JPH04226013 A JP H04226013A JP 3094891 A JP3094891 A JP 3094891A JP 9489191 A JP9489191 A JP 9489191A JP H04226013 A JPH04226013 A JP H04226013A
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Classifications
-
- G—PHYSICS
- G03—PHOTOGRAPHY; CINEMATOGRAPHY; ANALOGOUS TECHNIQUES USING WAVES OTHER THAN OPTICAL WAVES; ELECTROGRAPHY; HOLOGRAPHY
- G03F—PHOTOMECHANICAL PRODUCTION OF TEXTURED OR PATTERNED SURFACES, e.g. FOR PRINTING, FOR PROCESSING OF SEMICONDUCTOR DEVICES; MATERIALS THEREFOR; ORIGINALS THEREFOR; APPARATUS SPECIALLY ADAPTED THEREFOR
- G03F7/00—Photomechanical, e.g. photolithographic, production of textured or patterned surfaces, e.g. printing surfaces; Materials therefor, e.g. comprising photoresists; Apparatus specially adapted therefor
- G03F7/20—Exposure; Apparatus therefor
-
- G—PHYSICS
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- G03F7/70—Microphotolithographic exposure; Apparatus therefor
- G03F7/70216—Mask projection systems
- G03F7/703—Non-planar pattern areas or non-planar masks, e.g. curved masks or substrates
-
- G—PHYSICS
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- G03F—PHOTOMECHANICAL PRODUCTION OF TEXTURED OR PATTERNED SURFACES, e.g. FOR PRINTING, FOR PROCESSING OF SEMICONDUCTOR DEVICES; MATERIALS THEREFOR; ORIGINALS THEREFOR; APPARATUS SPECIALLY ADAPTED THEREFOR
- G03F1/00—Originals for photomechanical production of textured or patterned surfaces, e.g., masks, photo-masks, reticles; Mask blanks or pellicles therefor; Containers specially adapted therefor; Preparation thereof
- G03F1/68—Preparation processes not covered by groups G03F1/20 - G03F1/50
- G03F1/70—Adapting basic layout or design of masks to lithographic process requirements, e.g., second iteration correction of mask patterns for imaging
Landscapes
- Physics & Mathematics (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Exposure And Positioning Against Photoresist Photosensitive Materials (AREA)
- Exposure Of Semiconductors, Excluding Electron Or Ion Beam Exposure (AREA)
Abstract
(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。
め要約のデータは記録されません。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、投影式リソグラフイー
の分野、より具体的に言えば、光学イメージの露光装置
を用いて半導体デバイスの製造を行なうためのサブミク
ロン・オーダのパターンを形成することに関する。
の分野、より具体的に言えば、光学イメージの露光装置
を用いて半導体デバイスの製造を行なうためのサブミク
ロン・オーダのパターンを形成することに関する。
【０００２】
【従来の技術】光学的リソグラフイーの分野は、ここ２
０年以上にわたつて、光学的なイメージを微細化する能
力に多くの進歩がみられた。歴史的に見ると、これらの
進歩は半導体技術の開発に役立つてきた。最近は、１ミ
クロン、またはそれ以下の単位の寸法を必要とする半導
体デバイスの構造が、光波長の露光源を用いて成功裡に
製造されている。サブミクロン・オーダーの領域を取り
扱うことになつたので、光学的リソグラフイーの限界は
、充分な分解能を得るために、数百ナノメートルの光波
長を必要とする点にまで、光の波長を小さくする範囲に
まで広げられている。
０年以上にわたつて、光学的なイメージを微細化する能
力に多くの進歩がみられた。歴史的に見ると、これらの
進歩は半導体技術の開発に役立つてきた。最近は、１ミ
クロン、またはそれ以下の単位の寸法を必要とする半導
体デバイスの構造が、光波長の露光源を用いて成功裡に
製造されている。サブミクロン・オーダーの領域を取り
扱うことになつたので、光学的リソグラフイーの限界は
、充分な分解能を得るために、数百ナノメートルの光波
長を必要とする点にまで、光の波長を小さくする範囲に
まで広げられている。
【０００３】電子ビーム、即ちＥビームや、Ｘ線のよう
な他の露光用輻射線は、要求されたサブミクロン・オー
ダーの寸法を与えることができるけれども、多額の投資
と、長い処理時間の両方を費やすことによつて行なわれ
ている。例えば、半導体デバイス製造用のマスクを作る
のに用いられる電子ビーム直接書き込みシステムは、複
雑なイメージを発生することができるが、処理速度が低
いために、通常の製造工程の使用には適していない。他
方、Ｘ線技術は、Ｅビーム技術のような時間的な欠点は
持たないが、半導体の製造に必要な軟Ｘ線輻射を発生す
るためには膨大な費用が必要である。
な他の露光用輻射線は、要求されたサブミクロン・オー
ダーの寸法を与えることができるけれども、多額の投資
と、長い処理時間の両方を費やすことによつて行なわれ
ている。例えば、半導体デバイス製造用のマスクを作る
のに用いられる電子ビーム直接書き込みシステムは、複
雑なイメージを発生することができるが、処理速度が低
いために、通常の製造工程の使用には適していない。他
方、Ｘ線技術は、Ｅビーム技術のような時間的な欠点は
持たないが、半導体の製造に必要な軟Ｘ線輻射を発生す
るためには膨大な費用が必要である。
【０００４】従つて、最近の過去数年間にわたつて、光
学的リソグラフイーの分野において、その有利性を維持
するために多くの開発がなされてきた。
学的リソグラフイーの分野において、その有利性を維持
するために多くの開発がなされてきた。
【０００５】すべてのリソグラフ・システムにおいて取
り上げられている最も重要な問題の１つは、光学露光ツ
ールの焦点深度（ＤＯＦ）内に、露光されるべき対象物
（ｏｂｊｅｃｔ）を維持することに関する問題である。 ホトリソグラフイーを有効に利用するためには、露光シ
ステムによつて作られるイメージを、２００ミリメート
ル以上の直径を有する半導体ウエハの全表面上の感光性
の層に露光することのできる能力が必要である。適正に
結像されたイメージを与えるために、多くのフアクタが
イメージ作成システムに関連してくる。焦点深度の概念
は、ホトリソグラフイーの分野では広く知られており、
フオーカル・プレーンとも言われている領域、つまり、
フオーカス、または照度が最大にされる光学イメージの
領域である。領域的なイメージの照度の分布はガウス分
布であるから、照度はフオーカル・プレーンの各側で顕
著に弱くなる。
り上げられている最も重要な問題の１つは、光学露光ツ
ールの焦点深度（ＤＯＦ）内に、露光されるべき対象物
（ｏｂｊｅｃｔ）を維持することに関する問題である。 ホトリソグラフイーを有効に利用するためには、露光シ
ステムによつて作られるイメージを、２００ミリメート
ル以上の直径を有する半導体ウエハの全表面上の感光性
の層に露光することのできる能力が必要である。適正に
結像されたイメージを与えるために、多くのフアクタが
イメージ作成システムに関連してくる。焦点深度の概念
は、ホトリソグラフイーの分野では広く知られており、
フオーカル・プレーンとも言われている領域、つまり、
フオーカス、または照度が最大にされる光学イメージの
領域である。領域的なイメージの照度の分布はガウス分
布であるから、照度はフオーカル・プレーンの各側で顕
著に弱くなる。
【０００６】光学ツールの焦点深度は次式で与えられる
。即ち、 ＤＯＦ＝＋／−（ｋ（波長）／（ＮＡ）２）であり、上
式において、ｋは約０．７の定数なので、ＤＯＦは、明
らかにシステムのパラメータである。
。即ち、 ＤＯＦ＝＋／−（ｋ（波長）／（ＮＡ）２）であり、上
式において、ｋは約０．７の定数なので、ＤＯＦは、明
らかにシステムのパラメータである。
【０００７】図４は、分解能用のレイリー回折制限モデ
ルに基づくデイープ・ウルトラ・バイオレツト（ＤＵＶ
）光線、Ｉライン光線及びＧライン光線の３つの光波長
に対する達成可能な解像度（線の幅）の関数としてＤＯ
Ｆを示す図である。図から理解できるように、分解能が
増加すると、ＤＯＦは指数関数的に減少する。０．２ミ
クロンの大きさの分解能は可能であるけれども、ＤＯＦ
に関する制限、つまり、ＤＯＦの「バジエツト（予算）
」は、サブミクロンの領域においては非常に過酷である
。図５は図４とほぼ同様な図であるけれども、ホトレジ
ストの厚さ、トポロジー、フオーカスのレベル付け及び
レテイクル（ｒｅｔｉｃｌｅ）の平面性などの影響を含
んだ理論的な１６メガバイトのＤＲＡＭ技術のための利
用可能なＤＯＦバジエツトを含んだ図である。この図に
おいて、利用可能なＤＯＦは０．５ミクロン以下のすべ
ての分解能において、すべての光波長に対してサブミク
ロンまで減少されている。
ルに基づくデイープ・ウルトラ・バイオレツト（ＤＵＶ
）光線、Ｉライン光線及びＧライン光線の３つの光波長
に対する達成可能な解像度（線の幅）の関数としてＤＯ
Ｆを示す図である。図から理解できるように、分解能が
増加すると、ＤＯＦは指数関数的に減少する。０．２ミ
クロンの大きさの分解能は可能であるけれども、ＤＯＦ
に関する制限、つまり、ＤＯＦの「バジエツト（予算）
」は、サブミクロンの領域においては非常に過酷である
。図５は図４とほぼ同様な図であるけれども、ホトレジ
ストの厚さ、トポロジー、フオーカスのレベル付け及び
レテイクル（ｒｅｔｉｃｌｅ）の平面性などの影響を含
んだ理論的な１６メガバイトのＤＲＡＭ技術のための利
用可能なＤＯＦバジエツトを含んだ図である。この図に
おいて、利用可能なＤＯＦは０．５ミクロン以下のすべ
ての分解能において、すべての光波長に対してサブミク
ロンまで減少されている。
【０００８】図４及び図５から、波長を減少すると、よ
り大きな分解能を得ることができることが判る。波長、
または開口数（ＮＡ）を直接に変化するようなＤＯＦバ
ジエツトを有効に増加する効果的な技術に加えて、各工
程においてチツプの整置動作及びツールの反復動作を改
良するとか、焦点合わせの精度を改良するとか、露光源
の波長の制御を改良するとかのようなＤＯＦバジエツト
の他のパラメータ中の裕度を改善したり、狭めたりする
幾つかの技術が提案されている。
り大きな分解能を得ることができることが判る。波長、
または開口数（ＮＡ）を直接に変化するようなＤＯＦバ
ジエツトを有効に増加する効果的な技術に加えて、各工
程においてチツプの整置動作及びツールの反復動作を改
良するとか、焦点合わせの精度を改良するとか、露光源
の波長の制御を改良するとかのようなＤＯＦバジエツト
の他のパラメータ中の裕度を改善したり、狭めたりする
幾つかの技術が提案されている。
【０００９】ＤＯＦバジエツトに影響を及ぼす特定のパ
ラメータは、１９８８年２月２８日から３月４日までの
カリフオルニア州、ホトオプチカル・インスツルーメン
テイシヨン・エンジニヤーズ協会のサンタ・クララのシ
ンポジユームで発表されたリン（Ｂ． Ｌｉｎ）の報告
書に記載されている。この文献は、光学的リソグラフの
分野における０．１８ミクロンの理論的な限界に到達す
るのに克服しなければならない技術的問題を指摘してい
る。リン博士はＤＯＦバジエツトのモデルを説明してお
り、このモデルにおいて、投影されるイメージに対して
、以下に示す技術的特性、即ち露光面のトポロジー、ホ
トレジストの厚さ、光学的イメージの平面度、露光され
るべきパターンを含むマスクの平面度、正確なフオーカ
スを得るための能力、及び露光される面に対する傾斜の
度合いが関与している。
ラメータは、１９８８年２月２８日から３月４日までの
カリフオルニア州、ホトオプチカル・インスツルーメン
テイシヨン・エンジニヤーズ協会のサンタ・クララのシ
ンポジユームで発表されたリン（Ｂ． Ｌｉｎ）の報告
書に記載されている。この文献は、光学的リソグラフの
分野における０．１８ミクロンの理論的な限界に到達す
るのに克服しなければならない技術的問題を指摘してい
る。リン博士はＤＯＦバジエツトのモデルを説明してお
り、このモデルにおいて、投影されるイメージに対して
、以下に示す技術的特性、即ち露光面のトポロジー、ホ
トレジストの厚さ、光学的イメージの平面度、露光され
るべきパターンを含むマスクの平面度、正確なフオーカ
スを得るための能力、及び露光される面に対する傾斜の
度合いが関与している。
【００１０】すべてのフアクタにおいて、現在の最も大
きな弱点は、２．８７ミクロンの合計ＤＯＦバジエツト
の内の現在約０．８ミクロンのウエハ・トポロジーのフ
アクタである。ウエハ・トポロジーにおける終局の縮小
は、０．１７ミクロンの最大分解能を達成するために、
０．１５ミクロン以下の露光が必要である。
きな弱点は、２．８７ミクロンの合計ＤＯＦバジエツト
の内の現在約０．８ミクロンのウエハ・トポロジーのフ
アクタである。ウエハ・トポロジーにおける終局の縮小
は、０．１７ミクロンの最大分解能を達成するために、
０．１５ミクロン以下の露光が必要である。
【００１１】１９８８年５月１０日乃至１３日に開催さ
れたＶＬＳＩ技術の１９８８年シンポジウムにおけるカ
ワモト等の「ｉライン・ステツパを用いた実験的な１６
メガビツトＤＲＡＭのためのハーフ・ミクロン技術」（
Ａ Ｈａｌｆ Ｍｉｃｒｏｎ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ
ｆｏｒ ａｎ Ｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔａｌ １６ Ｍｂ
ｉｔ ＤＲＡＭ Ｕｓｉｎｇ ｉ−Ｌｉｎｅ Ｓｔｅｐ
ｐｅｒ）と題する論文は、露光領域内で垂直トポロジー
の範囲を減少するために、基体の表面上の或る領域を物
理的に削り取ることによつて、半導体チツプの表面がよ
り平坦にされるＤＯＦバジエツト減少技術が記載されて
いる。
れたＶＬＳＩ技術の１９８８年シンポジウムにおけるカ
ワモト等の「ｉライン・ステツパを用いた実験的な１６
メガビツトＤＲＡＭのためのハーフ・ミクロン技術」（
Ａ Ｈａｌｆ Ｍｉｃｒｏｎ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ
ｆｏｒ ａｎ Ｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔａｌ １６ Ｍｂ
ｉｔ ＤＲＡＭ Ｕｓｉｎｇ ｉ−Ｌｉｎｅ Ｓｔｅｐ
ｐｅｒ）と題する論文は、露光領域内で垂直トポロジー
の範囲を減少するために、基体の表面上の或る領域を物
理的に削り取ることによつて、半導体チツプの表面がよ
り平坦にされるＤＯＦバジエツト減少技術が記載されて
いる。
【００１２】ＤＯＦバジエツト中にあるフアクタの或る
ものを減少、または除去する他の提案された技術は、１
９８９年１１月の固体技術誌（Ｓｏｌｉｄ Ｓｔａｔｅ
Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ）の９１乃至９４頁のブルツク
（Ｂｒｏｏｋ）等による「サブマイクロメータのホログ
ラフイツク・ホトリソグラフイー」（Ｓｕｂｍｉｃｒｏ
ｍｅｔｅｒ Ｈｏｌｏｇｒａｐｈｉｃ Ｐｈｏｔｏｌｉ
ｔｈｏｇｒａｐｈｙ）と題する文献に記載されている。 ホログラフ・システムは、マスク、または対象物面のイ
メージと重複したイメージを、半導体面上のイメージ面
に発生するのに用いられている。
ものを減少、または除去する他の提案された技術は、１
９８９年１１月の固体技術誌（Ｓｏｌｉｄ Ｓｔａｔｅ
Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ）の９１乃至９４頁のブルツク
（Ｂｒｏｏｋ）等による「サブマイクロメータのホログ
ラフイツク・ホトリソグラフイー」（Ｓｕｂｍｉｃｒｏ
ｍｅｔｅｒ Ｈｏｌｏｇｒａｐｈｉｃ Ｐｈｏｔｏｌｉ
ｔｈｏｇｒａｐｈｙ）と題する文献に記載されている。 ホログラフ・システムは、マスク、または対象物面のイ
メージと重複したイメージを、半導体面上のイメージ面
に発生するのに用いられている。
【００１３】米国特許第４８６９９９９号は、限られた
ＤＯＦバジエツトを補償するための技術に関している。 実像中の光学的エネルギは、感光性のウエハ面のすべて
の領域に対して充分な露光を与えるために、同じ対象物
、またはマスク・パターンの少なくとも２つの独立した
光軸方向に変位した露光中に使用される。多くの技術が
、 光軸に平衡に対象物を移動することと、光軸に平衡にマ
スクを移動することと、複数の露光の内の１つの露光に
対する光路に対して光学材料を付加することと、 露光システムの動作圧力を変化することと、複数の焦点
を持つレンズを使用することと、複数の重複する光線を
使用することと、各露出に対して分離した波長を使用す
ることとを含んだ複数のイメージの光軸変位を与えるた
めに記載されている。
ＤＯＦバジエツトを補償するための技術に関している。 実像中の光学的エネルギは、感光性のウエハ面のすべて
の領域に対して充分な露光を与えるために、同じ対象物
、またはマスク・パターンの少なくとも２つの独立した
光軸方向に変位した露光中に使用される。多くの技術が
、 光軸に平衡に対象物を移動することと、光軸に平衡にマ
スクを移動することと、複数の露光の内の１つの露光に
対する光路に対して光学材料を付加することと、 露光システムの動作圧力を変化することと、複数の焦点
を持つレンズを使用することと、複数の重複する光線を
使用することと、各露出に対して分離した波長を使用す
ることとを含んだ複数のイメージの光軸変位を与えるた
めに記載されている。
【００１４】
【発明が解決しようとする課題】光学的リソグラフイー
の能力を拡張するための従来の技術は、独特の制限を持
つている。例えば、付加的な処理ステツプを経るために
、半導体ウエハに対する要件は、そのような処理される
各項目のコストを増加させる。また、同様に、露光ステ
ツプの付加は製品のコストを増加する。
の能力を拡張するための従来の技術は、独特の制限を持
つている。例えば、付加的な処理ステツプを経るために
、半導体ウエハに対する要件は、そのような処理される
各項目のコストを増加させる。また、同様に、露光ステ
ツプの付加は製品のコストを増加する。
【００１５】本発明の目的は、イメージ面のトポロジー
とは実質的に独立したホトリソグラフ式のイメージ露光
システムを提供することにある。
とは実質的に独立したホトリソグラフ式のイメージ露光
システムを提供することにある。
【００１６】本発明の他の目的は、０．１８乃至０．２
５ミクロンの範囲の光源を用いて、半導体デバイス構造
の分解能を高めることにある。
５ミクロンの範囲の光源を用いて、半導体デバイス構造
の分解能を高めることにある。
【００１７】本発明の他の目的は、製造コストを著しく
増加させることなく、光学的リソグラフを強化すること
にある。
増加させることなく、光学的リソグラフを強化すること
にある。
【００１８】
【課題を解決するための手段】本発明の上述の諸目的は
、半導体基体のトポロジーに実質的に一致している基体
の表面に、焦点を合わされたイメージ面を与えることに
よつて達成される。これを達成するために用いられる技
術は、レテイクル（ｒｅｔｉｃｌｅ）の表面が露光され
るべき対象物の表面の３次元レプリカであるマスク・レ
テイクルを作る方法を含んでいる。後述するように、基
体に投影されるべきマスクの表面に露光される基体のト
ポロジーを転送する方法が示される。
、半導体基体のトポロジーに実質的に一致している基体
の表面に、焦点を合わされたイメージ面を与えることに
よつて達成される。これを達成するために用いられる技
術は、レテイクル（ｒｅｔｉｃｌｅ）の表面が露光され
るべき対象物の表面の３次元レプリカであるマスク・レ
テイクルを作る方法を含んでいる。後述するように、基
体に投影されるべきマスクの表面に露光される基体のト
ポロジーを転送する方法が示される。
【００１９】
【実施例】図３［Ａ］乃至図３［Ｄ］を参照すると、本
発明を適用するためのホトリソグラフの環境が示されて
いる。図３［Ａ］において、半導体ウエハの表面１０が
模式的に示されている。実際上、半導体表面の一部の限
られた領域にしか、このような平坦面１０は存在しない
けれども、本発明の説明を簡明にするために、表面１０
は平坦面として説明する。ホトリソグラフ処理によつて
限定される導電ラインのような複数個の技術的要素１２
が表面１０に形成されている。ライン１２や、ラインの
間の間隔の物理的な寸法は、サブミクロンの範囲にある
ものとする。然しながら、図示されたように、垂直方向
の寸法は、水平方向の寸法よりも何倍も大きな寸法を持
つている。
発明を適用するためのホトリソグラフの環境が示されて
いる。図３［Ａ］において、半導体ウエハの表面１０が
模式的に示されている。実際上、半導体表面の一部の限
られた領域にしか、このような平坦面１０は存在しない
けれども、本発明の説明を簡明にするために、表面１０
は平坦面として説明する。ホトリソグラフ処理によつて
限定される導電ラインのような複数個の技術的要素１２
が表面１０に形成されている。ライン１２や、ラインの
間の間隔の物理的な寸法は、サブミクロンの範囲にある
ものとする。然しながら、図示されたように、垂直方向
の寸法は、水平方向の寸法よりも何倍も大きな寸法を持
つている。
【００２０】次段の写真処理動作の準備段階において、
通常マルチ・レイヤー・レジスト（ＭＬＲ）と呼ばれる
フオトリソグラフ処理が図３［Ａ］の構造に適用される
。この処理は、図３［Ｂ］中に示されたような有機材料
の比較的コンフオーマルな層１４の適用を含んでいる。 材料の種々のパラメータのために、層１４は、ＭＬＲが
被つている回路ライン１２のような対象物の厚さとほぼ
同じ大きさの垂直寸法のはみだし部を持つ。次に、図３
［Ｃ］に示したように、層１４を被つて薄い蝕刻停止層
１６が適用される。層１６に要求される特性は、層１６
に形成されるパターンを異方性蝕刻処理によつて下層１
４中へ正確に転写することができるように蝕刻によつて
容易に画定できる特性である。最後に、図３［Ｄ］に示
されたように、薄い感光性層１８が層１６を被つて形成
される。この半導体デバイスの製造において、イメージ
作成層１８は、後続する処理ステツプにおいてパターン
化されるものと仮定する。
通常マルチ・レイヤー・レジスト（ＭＬＲ）と呼ばれる
フオトリソグラフ処理が図３［Ａ］の構造に適用される
。この処理は、図３［Ｂ］中に示されたような有機材料
の比較的コンフオーマルな層１４の適用を含んでいる。 材料の種々のパラメータのために、層１４は、ＭＬＲが
被つている回路ライン１２のような対象物の厚さとほぼ
同じ大きさの垂直寸法のはみだし部を持つ。次に、図３
［Ｃ］に示したように、層１４を被つて薄い蝕刻停止層
１６が適用される。層１６に要求される特性は、層１６
に形成されるパターンを異方性蝕刻処理によつて下層１
４中へ正確に転写することができるように蝕刻によつて
容易に画定できる特性である。最後に、図３［Ｄ］に示
されたように、薄い感光性層１８が層１６を被つて形成
される。この半導体デバイスの製造において、イメージ
作成層１８は、後続する処理ステツプにおいてパターン
化されるものと仮定する。
【００２１】図３［Ｄ］を参照すると、垂直方向の大き
さの拡大率と、水平方向の大きさの拡大率とは一致して
書かれていないが、層１８の表面全体を同時にカバーす
るイメージ・システムは、表面全体上の感光材料を充分
に露光するのに充分なエネルギを与える能力を持つてい
なければならないことは容易に理解できるであろう。露
光ツールのＤＯＦが層１８の表面の間の高さの差よりも
大きければ、この層は良好に露光され、成功裡に処理す
ることができる。然しながら、実際的には、半導体表面
上の構造の必要な寸法と、利用可能なＤＯＦとの間の関
係が、上述のような範囲に入らない場合がある。水平分
解能が０．５ミクロンの範囲にあるサブミクロン技術に
おいては、ＤＯＦは、実際上、感光性表面全体を露光す
るには不充分である。露光の波長を短くすることは、最
小限の分解能を減少するには有効であるけれども、同時
に、ＤＯＦを厳しく減少する。
さの拡大率と、水平方向の大きさの拡大率とは一致して
書かれていないが、層１８の表面全体を同時にカバーす
るイメージ・システムは、表面全体上の感光材料を充分
に露光するのに充分なエネルギを与える能力を持つてい
なければならないことは容易に理解できるであろう。露
光ツールのＤＯＦが層１８の表面の間の高さの差よりも
大きければ、この層は良好に露光され、成功裡に処理す
ることができる。然しながら、実際的には、半導体表面
上の構造の必要な寸法と、利用可能なＤＯＦとの間の関
係が、上述のような範囲に入らない場合がある。水平分
解能が０．５ミクロンの範囲にあるサブミクロン技術に
おいては、ＤＯＦは、実際上、感光性表面全体を露光す
るには不充分である。露光の波長を短くすることは、最
小限の分解能を減少するには有効であるけれども、同時
に、ＤＯＦを厳しく減少する。
【００２２】ＤＯＦバジエツトのパラメータの種々の特
性についてのより詳細は、上述のリンの文献を参照され
たい。
性についてのより詳細は、上述のリンの文献を参照され
たい。
【００２３】図３［Ａ］乃至図３［Ｄ］のホトリソグラ
フの態様は３層のＭＬＲを使用して示されているけれど
も、表面結像技術を用いた２層式システムも使用できる
ことには注意を要する。ＤＵＶスペクトルに感光するこ
のようなホトレジスト・システムの細部については、１
９８６年ＳＰＩＥのプロシーデイング、第６３１巻、２
８乃至３３頁の「トリメチルシリルスチレンから誘導さ
れた２層レジスト・システム」（Ａ ２−ｌａｙｅｒ
ｒｅｓｉｓｔ ｓｙｓｔｅｍ ｄｉｒｉｖｅｄ ｆｒｏ
ｍ ｔｒｉｍｅｔｈｙｌｓｉｌｙｌｓｔｙｒｉｎｅ）と
題するマクドナルド等の文献と、１９８７年６月の固体
技術誌、８３乃至８９頁の「光学リソグラフのポリシロ
クサン」（Ｐｏｌｙｓｉｌｏｘａｎｅｓ ｆｏｒ Ｏｐ
ｔｉｃａｌ Ｌｉｔｈｏｇｒａｐｈｙ）と題するシヤウ
（Ｓｈａｗ）等の文献を参照されたい。
フの態様は３層のＭＬＲを使用して示されているけれど
も、表面結像技術を用いた２層式システムも使用できる
ことには注意を要する。ＤＵＶスペクトルに感光するこ
のようなホトレジスト・システムの細部については、１
９８６年ＳＰＩＥのプロシーデイング、第６３１巻、２
８乃至３３頁の「トリメチルシリルスチレンから誘導さ
れた２層レジスト・システム」（Ａ ２−ｌａｙｅｒ
ｒｅｓｉｓｔ ｓｙｓｔｅｍ ｄｉｒｉｖｅｄ ｆｒｏ
ｍ ｔｒｉｍｅｔｈｙｌｓｉｌｙｌｓｔｙｒｉｎｅ）と
題するマクドナルド等の文献と、１９８７年６月の固体
技術誌、８３乃至８９頁の「光学リソグラフのポリシロ
クサン」（Ｐｏｌｙｓｉｌｏｘａｎｅｓ ｆｏｒ Ｏｐ
ｔｉｃａｌ Ｌｉｔｈｏｇｒａｐｈｙ）と題するシヤウ
（Ｓｈａｗ）等の文献を参照されたい。
【００２４】ＤＯＦの制限に関する問題は、本発明に従
つて、感光性層の表面にイメージ面を平均して投影させ
ることによつて、実質的に解消される。従つて、光学ツ
ールのＤＯＦは、上述のリンの文献に記載されたような
ＤＯＦバジエツトの困難なフアクタとして最早、残らな
い。光学的ＤＯＦがウエハの表面上の構造の最大の垂直
高さを越える通常の制限は取り除かれる。
つて、感光性層の表面にイメージ面を平均して投影させ
ることによつて、実質的に解消される。従つて、光学ツ
ールのＤＯＦは、上述のリンの文献に記載されたような
ＤＯＦバジエツトの困難なフアクタとして最早、残らな
い。光学的ＤＯＦがウエハの表面上の構造の最大の垂直
高さを越える通常の制限は取り除かれる。
【００２５】ホトリソグラフのツールのメーカは、過去
１０年間で、表面の平坦性をできる限り制御することと
、平坦面の歪曲を最小限にする光学素子を与えることと
を試みて多少なりとも成功してきたが、そのような目的
は、本発明の観点から幾分かの前兆になる。
１０年間で、表面の平坦性をできる限り制御することと
、平坦面の歪曲を最小限にする光学素子を与えることと
を試みて多少なりとも成功してきたが、そのような目的
は、本発明の観点から幾分かの前兆になる。
【００２６】コンフオーマルなイメージ面を発生するた
めの本発明に従つた最適な技術は、次の露光処理のため
のパターンを含むマスク、即ち、レテイクルに半導体の
表面のレプリカを形成することにある。従つて、マスク
・デザインにウエハの過去の経過的な３次元的処理の経
過を効果的に適合することは、イメージ／フオーカス面
を形成させ、それは露光されるべき面と正確に一致する
。
めの本発明に従つた最適な技術は、次の露光処理のため
のパターンを含むマスク、即ち、レテイクルに半導体の
表面のレプリカを形成することにある。従つて、マスク
・デザインにウエハの過去の経過的な３次元的処理の経
過を効果的に適合することは、イメージ／フオーカス面
を形成させ、それは露光されるべき面と正確に一致する
。
【００２７】図１［Ａ］乃至図１［Ｇ］を参照すると、
本発明に従つて、マスク・レテイクルを与えるのに必要
な工程の順序が示されている。図１［Ａ］は、光学シス
テム中で使用される輻射線に透明な材料、好ましくは石
英の初期材料であるレテイクル・ブランク２０を示して
いる。図１［Ｂ］に示したように、有機ポリマ材料、即
ちホトレジストのようなパターン化可能な材料の層２２
がレテイクル・ブランク２０の表面上に被着される。図
示の実施例において、単一の層２０は図３のライン１２
によつて示されたレリーフ構造と同じ厚さに形成される
。露光されるべきウエハ上の表面トポロジーと同じレテ
イクル・ブランク上の表面トポロジーを与えるために、
層２２は、Ｅビーム露光ツールを使用することによつて
ホトリソグラフ的に画定されるのが好ましく、露光され
るべきウエハの表面上にあるようにレテイクル・ブラン
クの表面上に同じパターン２２’を残すように適当な処
理によつて現像する。次に、図１［Ｄ］に示したように
、有機材料の層２４は、処理されるべきウエハのそれと
トポロジー的にほぼ同じ非平坦面２６を与えるためにレ
テイクル上に被着される。層２４に使用されるこの材料
は、図３に用いられた層１４の材料と同じ物理的特性の
材料が選ばれる。次に、層２２及び２４は、有機材料と
レテイクル・ブランクとの間の蝕刻速度比がＮ：１とな
るように、反応イオン蝕刻（ＲＩＥ）環境内で異方性蝕
刻される。上述のＮはレテイクル・ブランク２０の屈折
率である。良好な実施例において、レテイクルの材料は
、以下に説明するように、好ましい光学システムにおい
て光路の一部になるので、蝕刻速度のこの従属性が必要
である。蝕刻動作は、表面２６のトポロジーをレテイク
ル２０に複製させる。すべての有機材料層がレテイクル
から除去されるまで、蝕刻が続けられて、結果として、
図１［Ｅ］の２６’で示されたように、レテイクル・ブ
ランク２０の表面に面２６のイメージ（図１［Ｄ］）を
残す。
本発明に従つて、マスク・レテイクルを与えるのに必要
な工程の順序が示されている。図１［Ａ］は、光学シス
テム中で使用される輻射線に透明な材料、好ましくは石
英の初期材料であるレテイクル・ブランク２０を示して
いる。図１［Ｂ］に示したように、有機ポリマ材料、即
ちホトレジストのようなパターン化可能な材料の層２２
がレテイクル・ブランク２０の表面上に被着される。図
示の実施例において、単一の層２０は図３のライン１２
によつて示されたレリーフ構造と同じ厚さに形成される
。露光されるべきウエハ上の表面トポロジーと同じレテ
イクル・ブランク上の表面トポロジーを与えるために、
層２２は、Ｅビーム露光ツールを使用することによつて
ホトリソグラフ的に画定されるのが好ましく、露光され
るべきウエハの表面上にあるようにレテイクル・ブラン
クの表面上に同じパターン２２’を残すように適当な処
理によつて現像する。次に、図１［Ｄ］に示したように
、有機材料の層２４は、処理されるべきウエハのそれと
トポロジー的にほぼ同じ非平坦面２６を与えるためにレ
テイクル上に被着される。層２４に使用されるこの材料
は、図３に用いられた層１４の材料と同じ物理的特性の
材料が選ばれる。次に、層２２及び２４は、有機材料と
レテイクル・ブランクとの間の蝕刻速度比がＮ：１とな
るように、反応イオン蝕刻（ＲＩＥ）環境内で異方性蝕
刻される。上述のＮはレテイクル・ブランク２０の屈折
率である。良好な実施例において、レテイクルの材料は
、以下に説明するように、好ましい光学システムにおい
て光路の一部になるので、蝕刻速度のこの従属性が必要
である。蝕刻動作は、表面２６のトポロジーをレテイク
ル２０に複製させる。すべての有機材料層がレテイクル
から除去されるまで、蝕刻が続けられて、結果として、
図１［Ｅ］の２６’で示されたように、レテイクル・ブ
ランク２０の表面に面２６のイメージ（図１［Ｄ］）を
残す。
【００２８】マスク・レテイクルを作る処理は、通常の
反射式マスクと同じ処理が続けられる。図１［Ｆ］に示
されたように、金属クロムのような反射用のマスク・セ
グメント形成材料のブランケツト層２８がレテイクルの
表面に被着される。次に、感光層（図示せず）が適用さ
れ、マスクのセグメントを画定するために、望ましくは
Ｅビームシステムを用いてレテイクルの表面にパターン
が形成される。例えば図１［Ｇ］に示したように、バイ
ア孔３０を層２８中に設けることができる。レテイクル
・ブランクに形成されたレリーフ・パターン２６’が、
マスク・セグメントのパターンと適正に整列されること
を、微妙な整列工程を行なわずに保証することができる
。
反射式マスクと同じ処理が続けられる。図１［Ｆ］に示
されたように、金属クロムのような反射用のマスク・セ
グメント形成材料のブランケツト層２８がレテイクルの
表面に被着される。次に、感光層（図示せず）が適用さ
れ、マスクのセグメントを画定するために、望ましくは
Ｅビームシステムを用いてレテイクルの表面にパターン
が形成される。例えば図１［Ｇ］に示したように、バイ
ア孔３０を層２８中に設けることができる。レテイクル
・ブランクに形成されたレリーフ・パターン２６’が、
マスク・セグメントのパターンと適正に整列されること
を、微妙な整列工程を行なわずに保証することができる
。
【００２９】理解できるように、マスクのセグメントの
異なつた部分が、関連するイメージが形成されるべき基
体の異なつた部分と関連される。この処理の目的は、対
象物の面は、同じで、対象物が投影されるワーク・ピー
スの面と一致するマスク素子を作ることにある。従つて
、マスクの表面上の各ポイントから半導体ウエハの表面
上の対応ポイントへの光路が、ウエハのトポロジーとは
無関係に、イメージ全体の領域に一定に維持されている
。従つて、投影イメージの焦点面は、最早平坦である必
要はなく、イメージが作られる面に対してレプリカにな
る。ウエハのトポロジーによるＤＯＦバジエツトは、効
果的に除去される。
異なつた部分が、関連するイメージが形成されるべき基
体の異なつた部分と関連される。この処理の目的は、対
象物の面は、同じで、対象物が投影されるワーク・ピー
スの面と一致するマスク素子を作ることにある。従つて
、マスクの表面上の各ポイントから半導体ウエハの表面
上の対応ポイントへの光路が、ウエハのトポロジーとは
無関係に、イメージ全体の領域に一定に維持されている
。従つて、投影イメージの焦点面は、最早平坦である必
要はなく、イメージが作られる面に対してレプリカにな
る。ウエハのトポロジーによるＤＯＦバジエツトは、効
果的に除去される。
【００３０】本発明の重要な特徴は、表面層１４（図３
［Ｄ］）及び層２６（図１［Ｄ］）を形成するための有
機材料層の流体力学的性質の復元性にある。
［Ｄ］）及び層２６（図１［Ｄ］）を形成するための有
機材料層の流体力学的性質の復元性にある。
【００３１】上述したように、本発明を適用するのに好
ましいイメージ作成システムは、米国特許第３１７１８
７１号に記載されているハーフ・ウイネ・ダイソン投影
システム（ｈａｌｆ−Ｗｙｎｎｅ−Ｄｙｓｏｎ ｐｒｏ
ｊｅｃｔｉｏｎｓｙｓｔｅｍ）である。適当な光学シス
テムの他の細部の記載は、ＳＰＩＥのプロシーデング第
８１１巻、１３７乃至１４８頁の「１：１光学的リソグ
ラフイの進展」（Ａｄｖａｎｃｅ ｉｎ １：１ ｏｐ
ｔｉｃａｌ ｌｉｔｈｏｇｒａｐｈｙ）と題するステフ
アナキス（Ｓｔｅｐｈａｎａｋｉｓ）等の論文を参照さ
れたい。
ましいイメージ作成システムは、米国特許第３１７１８
７１号に記載されているハーフ・ウイネ・ダイソン投影
システム（ｈａｌｆ−Ｗｙｎｎｅ−Ｄｙｓｏｎ ｐｒｏ
ｊｅｃｔｉｏｎｓｙｓｔｅｍ）である。適当な光学シス
テムの他の細部の記載は、ＳＰＩＥのプロシーデング第
８１１巻、１３７乃至１４８頁の「１：１光学的リソグ
ラフイの進展」（Ａｄｖａｎｃｅ ｉｎ １：１ ｏｐ
ｔｉｃａｌ ｌｉｔｈｏｇｒａｐｈｙ）と題するステフ
アナキス（Ｓｔｅｐｈａｎａｋｉｓ）等の論文を参照さ
れたい。
【００３２】図２はマスク・レテイクル２０（図１［Ｇ
］から）に対して、半導体ウエハ１０（図３［Ｄ］から
）の配列を示す図である。良好な光学システムはマスク
のイメージを反転させるので、露光ツール中に置かれた
時、レテイクル・ブランク全体は、逆転される。図２に
示されたように、マスクは光学入力フイールドの一方の
片側に置かれ、その反転したイメージは、光学フイール
ドの他方の片側に投影される。関連する破線と実線の矢
印は２つの異なつた光路を表わしており、夫々同じ実効
長（ｅｆｆｅｃｔｉｖｅ ｌｅｎｇｔｈ）を持つている
。
］から）に対して、半導体ウエハ１０（図３［Ｄ］から
）の配列を示す図である。良好な光学システムはマスク
のイメージを反転させるので、露光ツール中に置かれた
時、レテイクル・ブランク全体は、逆転される。図２に
示されたように、マスクは光学入力フイールドの一方の
片側に置かれ、その反転したイメージは、光学フイール
ドの他方の片側に投影される。関連する破線と実線の矢
印は２つの異なつた光路を表わしており、夫々同じ実効
長（ｅｆｆｅｃｔｉｖｅ ｌｅｎｇｔｈ）を持つている
。
【００３３】既に理解できるように、本発明の露光シス
テムは半導体デバイスの製造において、全く処理ステツ
プを必要とせず、そして、事実、単一の処理ステツプに
用いられた時、処理を通じて光学リソグラフの使用に対
する重要な手段を与える。必要とされるマスク・レテイ
クルのプロフイールが単一の露光ステツプで用いられる
か、または複数の露光ステツプで用いられるかは、本発
明が用いられるステツプを実行するステツプのトポロジ
ー的な経過を効果的に含む。
テムは半導体デバイスの製造において、全く処理ステツ
プを必要とせず、そして、事実、単一の処理ステツプに
用いられた時、処理を通じて光学リソグラフの使用に対
する重要な手段を与える。必要とされるマスク・レテイ
クルのプロフイールが単一の露光ステツプで用いられる
か、または複数の露光ステツプで用いられるかは、本発
明が用いられるステツプを実行するステツプのトポロジ
ー的な経過を効果的に含む。
【００３４】本発明を良好な実施例を参照して説明して
きたが、当業者であれば、本発明の技術思想の範囲内で
上述の実施例の種々の変更や修正を容易に行なえること
は理解できるであろう。例えば、良好な実施例は１倍の
光学システムを用いて説明したが、例えば、５分の１の
縮小システムを使用することができる。この場合、リニ
ヤ・デイフアレンシヤル・デメンシヨンがシステム中に
存在することを考慮する。良好な実施例は、完全フイー
ルドのステツプと、サブ・フイールド走査、またはウエ
ハ全体のフイールドの種々の形式よつて置換することの
できる繰り返し装置とを含んでいる。従来の光スペクト
ルよりも長い波長、または短い波長の両方の他の波長の
光学的特性は、本発明の実施例にも同様に当て嵌まるか
ら、本発明は光の波長に関して制限されるものではない
。
きたが、当業者であれば、本発明の技術思想の範囲内で
上述の実施例の種々の変更や修正を容易に行なえること
は理解できるであろう。例えば、良好な実施例は１倍の
光学システムを用いて説明したが、例えば、５分の１の
縮小システムを使用することができる。この場合、リニ
ヤ・デイフアレンシヤル・デメンシヨンがシステム中に
存在することを考慮する。良好な実施例は、完全フイー
ルドのステツプと、サブ・フイールド走査、またはウエ
ハ全体のフイールドの種々の形式よつて置換することの
できる繰り返し装置とを含んでいる。従来の光スペクト
ルよりも長い波長、または短い波長の両方の他の波長の
光学的特性は、本発明の実施例にも同様に当て嵌まるか
ら、本発明は光の波長に関して制限されるものではない
。
【００３５】
【発明の効果】本発明はイメージ面のトポロジーとは実
質的に無関係にホトリソグラフ式のイメージ露光システ
ムを与える。
質的に無関係にホトリソグラフ式のイメージ露光システ
ムを与える。
【図１】［Ａ］図乃至［Ｇ］図は、露光用の光学ツール
に使用するための本発明の光学レテイクルの断面図を示
し、光学レテイクルを作るステツプを説明するための図
である。
に使用するための本発明の光学レテイクルの断面図を示
し、光学レテイクルを作るステツプを説明するための図
である。
【図２】全反射、または反射屈折光学系内で本発明を実
施した時に、レテイクルの要素及び半導体基体の要素と
の間の関係を説明するための図である。
施した時に、レテイクルの要素及び半導体基体の要素と
の間の関係を説明するための図である。
【図３】図［Ａ］乃至図［Ｄ］は、露光用光学ツール内
で露光される前における処理ステツプの結果を示す半導
体基体の図である。
で露光される前における処理ステツプの結果を示す半導
体基体の図である。
【図４】光学系のレイリー偏向制限モデルに基づいて焦
点深度（ＤＯＦ）と、分解能及び露光波長との間の関係
を示す図であつて、光学系によつて決められた限界を示
すグラフである。
点深度（ＤＯＦ）と、分解能及び露光波長との間の関係
を示す図であつて、光学系によつて決められた限界を示
すグラフである。
【図５】光学系のレイリー偏向制限モデルに基づいて焦
点深度（ＤＯＦ）と、分解能及び露光波長との間の関係
を示す図であつて、光学系全体の環境が代表的な１６メ
ガビツトＤＲＡＭ技術に対して考慮された時に、受ける
制限を示すグラフである。
点深度（ＤＯＦ）と、分解能及び露光波長との間の関係
を示す図であつて、光学系全体の環境が代表的な１６メ
ガビツトＤＲＡＭ技術に対して考慮された時に、受ける
制限を示すグラフである。
１０ 平坦な表面
１２ 導電ライン
１４ 有機材料の層
１６ 蝕刻停止層
１８ 感光性層
２０ レテイクル・ブランク
２２ 現像される感光層
２４ 有機材料の層
２６、２６’ 非平坦面
２８ 光反射膜
３０ バイア用開孔
Claims (11)
- 【請求項１】 平坦でない基体の表面にフオーカスさ
れたイメージを投影するためのイメージ露光装置におい
て、露光輻射線及び開口数の関数であり、かつ予め決め
られた焦点深度を持つ露光ツールと、上記ツールのフイ
ールドの深さよりも大きな垂直方向の差を持つ少なくと
も２つの領域を含む露光フイールドを持つ露光面を有す
る基体と、投影されるべきフイールドを画定する複数個
のイメージ・セグメントを含む対象物イメージ発生手段
と、複数個のイメージ・セグメントに対応する上記基体
の平坦でない表面上の露光フイールド内に単一のイメー
ジを形成させる手段とからなるイメージの露光装置。 - 【請求項２】 対象物イメージ発生手段は上記イメー
ジ・セグメントの残りとは異なつた面に形成された上記
複数個のイメージ・セグメントの内の少なくとも１つを
持つマスク・レテイクルを含むことを特徴とする請求項
１に記載のイメージの露光装置。 - 【請求項３】 マスク・レテイクルは基体の表面とほ
ぼ同じ平坦でない表面を含むことを特徴とする請求項２
に記載のイメージの露光装置。 - 【請求項４】 マスク・レテイクルの表面は基体の表
面の実質的なレプリカであることを特徴とする請求項３
に記載のイメージの露光装置。 - 【請求項５】 平坦でない基体上に形成されたイメー
ジ面は基体の表面と実質的に一致していることを特徴と
する請求項１に記載のイメージの露光装置。 - 【請求項６】 露光輻射線は光スペクトラムの範囲に
あることを特徴とする請求項１に記載のイメージの露光
装置。 - 【請求項７】 基体が異なつた高さの複数個の領域を
含んでいる単一の露光フイールド内で、平坦でない基体
表面上の複合イメージを露光する方法において、 基
体の第１の領域上に投影されるイメージ・セグメントの
第１のグループに対応する第１の複数個の対象物セグメ
ントから、露光されるべきイメージの第１部分を発生す
るステツプと、基体の第２の領域上に投影されるイメー
ジ・セグメントの第２のグループに対応する第２の複数
個の対象物セグメントから、露光されるべきイメージの
第２部分を発生するステツプとからなるイメージの露光
方法。 - 【請求項８】 イメージの部分を発生するステツプは
単一の露光フイールド内の少なくとも１つの平坦でない
表面を持つマスク・レテイクルの使用を含むことを特徴
とする請求項７に記載のイメージの露光方法。 - 【請求項９】 マスク・レテイクルの表面は基体の表
面のレプリカであることを特徴とする請求項８に記載の
イメージの露光方法。 - 【請求項１０】 一連の露光ステツプの内の少なくと
も１つを露光するのに使用する少なくとも１つのマスク
が、マスクの使用を優先する処理ステツプのトポロジー
的な経過を含むように作られている一連の露光ステツプ
中に半導体表面を露光する方法。 - 【請求項１１】 上記少なくとも１つのマスクは、先
行する処理ステツプの少なくとも１つのステツプに存在
するパターン情報を使用することによつて形成されるこ
とを特徴とする請求項１０に記載のイメージの露光方法
。
Applications Claiming Priority (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| US51090690A | 1990-04-18 | 1990-04-18 | |
| US510906 | 1990-04-18 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH04226013A true JPH04226013A (ja) | 1992-08-14 |
Family
ID=24032670
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP3094891A Pending JPH04226013A (ja) | 1990-04-18 | 1991-04-02 | イメージの露光装置及び露光方法 |
Country Status (5)
| Country | Link |
|---|---|
| EP (1) | EP0453753A3 (ja) |
| JP (1) | JPH04226013A (ja) |
| KR (1) | KR910019132A (ja) |
| BR (1) | BR9101444A (ja) |
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Patent Citations (4)
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Also Published As
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