JP2007515803A - リソグラフィ投影装置、電子デバイスを製造するための方法及び基板、及び得られる電子デバイス - Google Patents
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Abstract
本発明は、基板又はウエーハ上にパターンを形成するためのウエーハステッパ等のリソグラフィ投影装置を提案するものであり、当該リソグラフィ投影装置は、(化学)放射線源又は光源(2)と、前記光源から発した光を、マスク(6)上に導くための照射光学系(4)と、前記マスクからの回折放射線又は回折光を、結像される前記基板/ウエーハに導くための投影光学系(8)とを備え、光学フィルタ(9)が、前記投影光学系の下流側に設けられ、結像可能な基板(7)が、結像される面に光学フィルタ(9)を有する。
Description
本発明は、集積回路等を製造するための基板(当該基板上に放射線感応層を有するウエーハ又は類似の基板のような基板)のリソグラフィ結像技術に関する。より詳細には、本発明は、光学リソグラフィに関し、リソグラフィ投影装置、リソグラフィ結像用の基板、電子デバイスを製造するための方法、及び得られる電子デバイスに関連する。
特定の適用例において、既知のリソグラフィ投影装置の一例は、いわゆるウエーハステッパである。一般に使用されるのは、放射線感応層で被覆された基板であり、当該放射線感応層の具体例は、フォトレジストである。
この技術分野において、1つの特定の適用例は、ウエーハに関する。ウエーハに結像する通常のプロセスでは、ウエーハステッパが使用され、当該ウエーハステッパは、光源又は放射線源と、前記光源から発した光を、レチクルとも呼ばれるマスクに導くための照射光学系と、前記マスクからの光を、結像される前記ウエーハに導くための投影光学系とを具備する。当該ウエーハは通常、ポジ型又はネガ型のレジストを有し、このことは、露光された領域が硬化(harden)され、露光されなかった領域が洗い落とされる、又は露光された領域が軟化(weaken)され、露光された領域が後に例えば現像プロセスによって洗い落とされる、ということを意味する。
しかし近年、ウエーハ上及びその他の基板上の像の解像度要件及びシャープさにつき、特に、より小さな集積回路又はその他の電子フィーチャを提供するという一般的な目的の観点から、より高い解像度が必要となるということが解って来た。解像度は、λ/NAに比例する(ただし、λは投影ビームの波長であり、NAは投影系の開口数である)。解像度は、開口数を上げる又は波長を短くすることによって、高めることができる。
米国特許第5452053号から、いわゆるウエーハステッパのいくつかの実施形態が知られており、それらは全て、光源又は放射線源と、その光源から発した光を、マスク上に導くための照射光学系と、前記マスクからの回折光を、結像される前記ウエーハに導くための投影光学系とを備えており、前記マスク又はレチクルの位相シフト又は斜め照射を行うために、光学フィルタが、レチクル面付近に設けられている、又は前記照射光学系内に含まれている。これにより、解像度を大幅に高めることが可能となる。マスクの直接的な光学像ではなく、マスクの回折パターンが使用されるからである。最も一般的なプラクティスにおいては、瞳フィルタとしても知られる、特定の空間周波数を遮断するフィルタによって、光学像の0次成分を減少させ、光学像の高周波数成分を増加させることが意図される。しかし、位相シフトマスク、軸外照射、及び瞳フィルタは、搭載するのが困難である。位相シフトマスクは比較的高価であり、瞳フィルタについてはユーザがダイレクトにアクセスする必要がある(これは多くの場合不可能である)。更に、そのような光学フィルタは、構造及び寸法に関する厳しい要件を伴い、このことが、効果的なフィルタを得ることを難しくする。
上記の観点から、本発明の一目的は、先行技術の短所及び欠点を示す事なく、向上した解像度及び改善されたDOFを有する又は提供するような、リソグラフィ装置及び方法を提供することである。本発明の更なる一目的は、高価で高度な結像装置を要する事なく、高解像度で結像することができるような、新規な基板(ウエーハ等の基板)を提供することである。
上記の諸目的は、本発明によれば、独立請求項に記載の、リソグラフィ投影装置、及び電子デバイスを製造するためのリソグラフィ基板、によって達成され、好ましい実施形態については、それぞれの従属請求項に規定されている。本発明はまた、本発明による装置及び/又は基板を使用する製造方法を提供し、得られる電子デバイスもまた、特許請求されている。
特に、本発明は、ウエーハ等の基板上にパターンを形成するためのウエーハステッパ等のリソグラフィ投影装置を提供し、当該リソグラフィ投影装置は、化学放射線(actinic radiation)を放出するための放射線源又は光源と、前記放射線源又は光源から発した放射線又は光を、マスク上に導くための照射光学系と、前記マスクからの回折放射線又は回折光を、結像される前記基板又はウエーハに導くための投影光学系とを備え、前記基板には、化学放射線への感応性があり(sensitive)、光学フィルタが、前記投影光学系の下流側に設けられる。光学フィルタをマスク又はレチクルから離して設けることには、ユーザが光学フィルタにダイレクトにアクセスできるという利点がある。当該リソグラフィ投影装置はとりわけ、プログラマブルマスクを有するウエーハステッパ、ウエーハスキャナ、又は光学投影プリンタ(optical projection printer)でもよい。当該リソグラフィ装置はまた、液浸ステッパでもよく、この場合、投影光学系は、液浸レンズを含んでいてもよい。本発明で使用することのできる一般的な波長には、365、248、193、157nmが含まれ、開口数は、乾式システムについては、0.6〜0.90とすることができる。液浸ツールについては、NAは、1.3まで又は更に高くまで上げることができる。
好ましくは、前記光学フィルタは、0次回折光を減少させることが可能である。0次の減少は、完全な抑制でもよいし、特定の適用例においては2分の1〜3分の1のみの低減でもよい。この場合、その効果は、解像度を高めるというよりはむしろ、焦点距離(focus)及び線量(dose)を含めたプロセス・ラティチュードを向上させる、又はシャープ化の効果(sharpening effect)をもたらす。従って、フィルタは、1次の回折放射線及び/又はより高次の回折放射線の透過を許容するよう構成されるべきである。
好ましい一実施形態によれば、前記光学フィルタには、放射線又は光の入射角への応答性がある(responsive)。従って、シンプルな光学フィルタを、投影光学系の下流側で使用することができる。この状況において留意すべきは、角度ポジショニングの自由度は、投影光学系の下流側の位置の方が遥かに扱い易いという事である。なぜならば、回折されて投影光学系を通過した光の角度を、明らかにより大きくする(即ち最大で4倍にする)ことができるので、光学フィルタを、離して且つ可能な入射角の範囲を広くして設けることができるからである。NAは、倍率(magnification)によって変わる。通常、ステッパ又はスキャナは4Xに縮小し、従って、NAは実に4倍になる。しかし、より大きな縮小係数(reduction factor)も可能である。例えば、5X、更には10Xさえも。マスクレスツールでは、レチクル又はマスクの近くにある場合とは対照的に、200Xの縮小倍率(demagnification)を使用することができる。
好ましくは、前記光学フィルタは、干渉計、特に、ファブリ−ペロー干渉計からなる。本文中及び本特許請求の範囲中で使用される干渉計という用語は、ミラー(mirrors)のようなバルククオーツ素子(bulk quartz elements)で作られたツールだけに限定されるものではなく、むしろ、いかなる干渉構造体又は干渉被膜、干渉スタック、多層膜等をもカバーするものである(そのような複数層のスタックは一般に、1/2λ又は1/4λの厚さを有する)。干渉計を使用する、特に、ファブリ−ペロー干渉計を使用することは、投影光学系の下流側の場所で光学像の0次成分を減少又は光学像の高周波数成分を増加させることを求めるニーズ(needs)、を満たす光学フィルタを提供する最も効率的で経済的な方法である。明確でほぼ平行な複数の境界面を設け、当該複数の境界面の相互の光学距離(=幾何学距離*屈折率)が、弱め合う干渉(destructive interference)による0次回折を抑制するのに適した光学距離となるように、注意が払われるべきである。これらの境界面での屈折率の差は、干渉効率を上げるために、比較的大きく(例えば0.5よりも大きく)すべきであり、これにより、より高いコントラストがもたらされる。
好ましい一実施形態によれば、前記干渉計は、複数の誘電体被膜(dielectric coatings)からなり、特に、SiO2及び/又はAquaTARを備える。干渉計の技術分野で知られているように、ファブリ−ペロー干渉計は例えば、ある距離を隔てて配置された2つのミラーを備える。この好ましい一実施形態では、これらの複数のミラーは、複数の誘電体被膜である。上記の材料は、通常λ=193nmの露光波長に利用可能であり、十分に制御して堆積させることができ、その結果、必要とされる構造及び相互平行性をもたらすことができる。
本発明のリソグラフィ投影装置(例えばウエーハステッパ)は、前記光学フィルタが、結像される前記基板と関連付けられるように、特に、結像される前記ウエーハのフォトレジスト層と一体的(unitarily)に形成されるように、構成されてもよい。そのような一実施形態では、結像されるウエーハを、0次以外の特定の次数を有する回折光の透過を許容するような態様で、関連付けられた光学フィルタと共に配置することができる。
好ましい一実施形態によれば、前記投影光学系は、縮小用である。従って、投影光学系の下流側での0次の回折とより高次の回折との差は、投影光学系の上流側でのそれらの差よりも大きい。この効果のため、本発明によるフィルタに係る要件は、既知のリソグラフィツールのフィルタに係る要件ほど重大(critical)ではない。従って、本発明によれば、そのような光学フィルタを、より信頼できる方法で実現することができる。なぜならば、そのような回折パターンは、まず投影光学系を介して供給され、そしてレチクルに近い場所での入射角よりも明らかに大きい入射角をもたらすからである。従って、望ましい特性を有するそのようなフィルタを、より簡単に実現することができる。フィルタが常にレチクル又はマスクの近くに設けられる先行技術とは全く対照的に、投影光学系の上流側でいかなる事象が生じようとも、本発明によれば、ハイグレードな光学フィルタを必要とすることなく、最も革新的な態様で、高解像度の結像を行うことができる。本発明のコンセプトの1つの利点は、非常に高い解像度を有する非常にシャープな像を得る事ができるという事である。なぜならば、投影光学系の下流側でハイグレードな光学フィルタを使用することも、当然可能だからである。
従って、要約すれば、本発明は、革新的なリソグラフィ投影装置(ウエーハステッパ等のリソグラフィ投影装置)を提案するものであり、意外にも、当該リソグラフィ投影装置は、難なく光学フィルタと共に使用することができ、当該光学フィルタは、全く新規な手法(当該手法は先行技術の諸教示とは反するので)として当該光学フィルタが投影光学系の下流側に配置されることによって、その要件がより少なくなる。最も好都合には、当該光学フィルタは、結像されるウエーハと関連付けられた又は一体的に形成された解像度向上スタック(resolution enhancing stack)として形成することができる。
従って、本発明はまた、結像される面(side)に光学フィルタを有するウエーハ等の基板を提案するものである。多層ウエーハについては、当該技術分野において既に知られているが、既知の多層ウエーハの中で、多層構造体が光学フィルタの機能を提供できるよう構成されたものは1つもない。境界面での屈折率の差は、干渉効率を上げるために、比較的大きく(例えば0.5よりも大きく)すべきであり、これにより、より高いコントラストがもたらされる。
好ましい一実施形態によれば、前記光学フィルタは、干渉計、特に、ファブリ−ペロー干渉計からなる。干渉計を光学フィルタとして使用することは、最も好都合で最も安価な構成とすることを意味する。繰り返し言うと、干渉計という用語は、干渉装置(interference device)以上のものと見なされるべきであり、従って、物理学の標準的な書籍でしばしば言及されるような光学部品に限定されるべきではない、ということが理解されるべきである。一般に、干渉計の基礎理論によれば、透過率は次のように与えられる。
T=1/(1+Fsin2δ)。
Fはフィネス(Finesse)である。
F=4R/(1−R)2。
Rは反射率であり、δ= (2πndcosθ)/λである(但し、nは屈折率であり、dはレジスト厚さであり、θは入射角であり、λは露光波長である)。一般に、最大透過角は、1次の回折次数の角度と一致(match)することが望ましい。従って、シャープなフィルタを作製するためには、高いフィネスを有することが望ましい。従って、反射率を大きくし、且つ吸光性のない材料を選択することが好ましい。一例としては、反射率をR=0.8とすれば、0次は1次の100分の1に抑制される。
最適な厚さは次のようになる。
dopt=(2m+1)λ/(4n) m=0,1,2,...。
m=1の場合の最大透過角は、cos(θ)=2/3であり、これは、開口数0.75に対応する。当然、この角度は、厚さを変更することによって、変更可能である。
好ましい一実施形態によれば、結像可能な前記基板又はウエーハは、複数の誘電体被膜からなる干渉計を備え、前記干渉計は特に、SiO2及び/又はAquaTAR(Clariant社のブランド名)を備える。それらの材料を使用し、干渉計用のミラーとして機能する誘電体被膜を設けるのは、次のような事実に基づいている。即ち、それらの材料が、ウエーハ技術において知られている普通に利用可能な製造物であり、必要に応じて、必要な平坦度、厚さ、及びその他の特性を得るのに扱い易い、という事実である。
特定の適用例においては、0次については、2分の1〜3分の1だけ抑制すればよい。このことは、プロセス・ラティチュードの焦点距離(focus)及び線量(dose)の増大、又はシャープ化の効果(sharpening effect)、をもたらし、従って、解像度の向上又は倍増というよりはむしろ、DOFの向上をもたらす。
そのような光学フィルタを解像度向上スタック(resolution enhancing stack)の形で実現する最も簡単な方法は、n=1.8のレジストを、n=1.5の150nmのSiO2からなる下層と、n=1.5の90nmのAquaTARからなる上層との間に設けることである。どちらの材料も、露光波長λ=193nmには普通に利用可能であり、それらの材料の厚さは、標準的な処理により十分正確に制御可能である。
前記基板は、一材料(例えばシリコン)からなるプレートでもよい。主な処理ステップとしては、放射線感応層による被覆ステップ、露光ステップ、現像ステップ、エッチングステップ、堆積ステップが含まれ得る。本発明の方法にとって本質的(essential)なステップは、投影光学系の下流側で光学フィルタを使用する結像ステップと、後続の現像ステップである。光学フィルタは、基板の上方に且つ基板から離して配置されてもよい。それにより、標準的な基板の使用及び光学フィルタの多数回の使用が可能になる。代わりに、光学フィルタを、放射線感応層の上部に、例えば一層の薄膜として又は複数層のスタックとして設けることが可能であり、又は、光学フィルタは、レジスト中の定在波に関する問題を避けるために、フォトレジスト(好ましくはレジスト厚さがλ/4未満のフォトレジスト)そのものを含んでいてもよい。更なる代わりの案として、フィルタを、レジストの下方に設けることも可能である。
リソグラフィ結像は、磁気ヘッド、LCDディスプレイ等のような、様々な装置を製造するのに使用することができる。
本発明の更なる特徴及び利点は、非限定的に純粋な例として与えた実に好ましい諸実施形態の説明を、添付の図面を参照して読めば明らかになろう。
図1に示されるように、ウエーハ上にパターンを形成するためのウエーハステッパは、光源2を備えている。当該光源は、線Aで示される光を放出し、その光は、当該光源から発した光をマスク6上に導くための照射光学系を通過する。図中、照射光学系4は、単一のレンズとして簡単に示されているが、前記照射光学系は更に、フライアイレンズ及び入射放射線を集束させるためのその他の様々な構成要素を含むことができる、ということが理解されるべきである。マスク又はレチクル6は、当該技術分野でよく知られているように、適切な回折パターンを提供するための適切なパターン(例えば、石英基板に塗布(apply)されたクロムによって形成されたパターン)を含んでいる。当該回折パターンは、複数の回折次数を含む。図中では、0次のみが、参照符号Bを有する線によって示されており、1次回折が、参照符号Cを有する線によって示されている。図は、体系的な図でしかなく、寸法、実際の回折、又はそれぞれの光学系内における光路を正確に反映しておらず、単に説明のためのものと意図されている、ということに留意すべきである。とはいえ、どちらの回折次数も(即ち0次も1次も)、ここでもまた単一のレンズ8として簡単に示されている投影光学系、に供給される。当業者は、当該投影光学系がより複雑になり得ることを、明確に理解するであろう。
どちらの回折次数も、投影光学系8を通過し、0次回折光の透過を1次回折光の透過と比べて抑制するように構成されている光学フィルタ9、に到達する。従って、0次回折光は、完全に反射され、1次の回折次数は、ウエーハ16上に設けられたフォトレジスト層12内に像を形成する。光学フィルタ9は、ある空間周波数を遮断又は低減できるような任意の適切なフィルタでも、瞳フィルタでも、任意のその他のよく知られているデバイスでもよい。
図2は、ウエーハステッパの形のリソグラフィ投影装置のもう1つの好ましい実施形態を示す。光源2から投影光学系8までの構成は、第1実施形態で使用されている構造と同様であり、従って、説明を短くするために、対応する参照符号を有している対応する構成要素については、再度の詳細な説明は行わない。とはいえ、図示及び説明されている構成要素は、単に説明のためのものであり、より複雑なシステムで置き換え得る、ということを再度指摘しておく。
図2に示される実施形態では、光学フィルタ9は、結像されるウエーハ16と一体的に形成されており、次のような「解像度向上スタック(resolusion enhancement stack)の形に」構成されている。即ち、屈折率n=1.5を有する90nmのAquaTARからなる上層が、フォトレジスト12の層の上方に設けられており、フォトレジスト12の下面には、屈折率n=1.5を有する150nmのSiO2からなる下層が設けられている。レジスト層そのものは、λ/4(〜50nm)の厚さで設けられており、屈折率n=1.8を有している。従って、この多層構造体は、任意のウエーハステッパに設けられる場合に、光学フィルタとして機能するような、且つ投影光学系の下流側に設けられるような、ファブリ−ペロー干渉計を形成する。
従って、図2はまた、本発明の、結像可能な基板又はウエーハの好ましい一実施形態も示しており、当該基板又はウエーハは、結像される面に、前述のファブリ−ペロー干渉計で形成された光学フィルタを有しており、図示した例においては、当該ファブリ−ペロー干渉計は、上述のようにフォトレジスト層が2つの誘電体被膜の間に挟まれている(sandwiched)多層構造体、によって構成されている。他の材料を代わりに使用することもできるが、上記の厚さ及び構造を有する上述の材料によれば、光学フィルタを、非常にコスト効果の高い方法で難なく製造できるということが解っている、ということに留意すべきである。
上記の好ましい諸実施形態の説明において、光という用語は、それにより本発明を限定するといういかなる意図もなしに、化学放射線の一例として使用された。当業者は、他の化学放射線を使用する場合には、波長に関する特定のパラメータを調整(adapt)しなければならない、ということを理解するであろう。
以上、本発明について、好ましい諸実施形態を参照しつつ説明したが、考慮されるべきは、要求される保護範囲は、専ら添付の特許請求の範囲によって規定されるため、様々な変更形態が、可能であるということである。本発明によるウエーハステッパの主要な特徴は、光学フィルタ(好ましくは、結像される基板又はウエーハと関連付けられた又は一体的に形成された光学フィルタ。例えば、複数の誘電体層の間に挟まれたレジスト層又はフォトレジスト層の上部に形成されたファブリ−ペロー干渉計、の形の光学フィルタ)を、投影光学系の下流側に設けることである。本発明の、結像可能なウエーハに関しては、ウエーハ結像の技術分野でよく知られているように、更に、様々な代替材料を、光学特性又はプロセス関連特性をもたらすための又は選択的露光をもたらすための追加層として使用できる、ということが明白である。
Claims (16)
- 基板上にパターンを形成するためのリソグラフィ投影装置であって、
化学放射線を放出するための放射線源と、
前記放射線源から発した放射線を、マスク上に導くための照射光学系と、
前記マスクからの回折放射線を、結像される前記基板に導くための投影光学系とを備え、
前記基板には、化学放射線への感応性があり、
光学フィルタが、前記投影光学系の下流側に設けられる、リソグラフィ投影装置。 - 前記光学フィルタは、0次の回折放射線を減少させることが可能であると共に、1次の回折次数及び/又はより高次の回折次数の透過を許容する、請求項1に記載のリソグラフィ投影装置。
- 前記光学フィルタには、入射放射線の角度への応答性がある、請求項1又は2に記載のリソグラフィ投影装置。
- 前記光学フィルタは、干渉計、特に、ファブリ−ペロー干渉計を備える、請求項1に記載のリソグラフィ投影装置。
- 前記干渉計は、誘電体被膜を備え、特に、SiO2及び/又はAquaTARを備える、請求項4に記載のリソグラフィ投影装置。
- 前記光学フィルタは、結像される前記基板と関連付けられている、特に、結像される前記基板のフォトレジスト層と一体的に形成されている、請求項1に記載のリソグラフィ投影装置。
- 前記マスクは、プログラマブルマスクである、請求項1に記載のリソグラフィ投影装置。
- 前記投影光学系は、縮小投影光学系である、請求項1に記載のリソグラフィ投影装置。
- 波長λを有する化学放射線によって結像される面に光学フィルタを備え、
前記面が、フォトレジストを有する、結像可能な基板。 - 前記光学フィルタは、0次の回折放射線を減少させることが可能であると共に、1次の回折次数及び/又はより高次の回折次数の透過を許容するような、光学フィルタである、請求項9に記載の結像可能な基板。
- 前記光学フィルタには、入射放射線の傾斜角度への応答性がある、請求項9又は10に記載の結像可能な基板。
- 前記光学フィルタは、干渉計、特に、ファブリ−ペロー干渉計を備える、請求項9に記載の結像可能な基板。
- 前記干渉計は、誘電体被膜を備え、特に、SiO2及び/又はAquaTARを備える、請求項12に記載の結像可能な基板。
- 前記光学フィルタ、特に、前記干渉計は、前記フォトレジストの上部の透明な一層又は透明な複数層のスタックである、請求項9に記載の結像可能な基板。
- 前記光学フィルタ、特に、前記干渉計は、複数の誘電体被膜の間に挟まれた前記フォトレジスト層、特に、SiO2からなる下層とAquaTARからなる上層との間に挟まれたフォトレジスト層、特に、150nmのSiO2からなる下層と90nmのAquaTARからなる上層との間に挟まれたλ/4〜50nmのフォトレジスト層、を備える、請求項9に記載の結像可能な基板。
- 電子デバイスの製造方法であって、
基板に結像するステップと、
前記結像された基板を現像するステップとを含み、
請求項1から8のいずれか一項に記載のリソグラフィ投影装置及び/又は請求項9から15のいずれか一項に記載の結像可能な基板が使用される、電子デバイスの製造方法。
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