JPH07506224A - 投影照明用の解像力強化光学位相構造体 - Google Patents

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。

Description

【発明の詳細な説明】

投影照明用の解像力強化光学位相構造体発明の技術分野 本発明は概括的に投影露光フォトリソグラフィー技術に関し、更に詳しくは、例 えば、集積半導体部品の製造に利用される、投影照明系に使用できる新規な解像 力を強化する光学位相構造体に関するものである。 技術背景 投影露光フォトリソグラフィーは大規模集積部品の製造用のフォトレジストの作 成に使用される技術である。この目的で、光学投影装置を用いてフォトレジスト 膜で被覆した半導体ウェハに投影してマスクが転写される。この光学投影装置の 心臓部は、半導体基板上のレジスト層にマスクに含まれるパターンを縮小する投 影レンズである。この投影レンズを光学的に高品質なものとすることにより、狭 い単色性スペクトル範囲に対し理論的限界解像力を得ることができる。 従来公知の透過マスクは、ガラス基板を開口を設けた不透明なりロム層で被覆し て所望の強度パターンを画定するように構成される。この開ロバターンはウェハ 表面に描画すべきディバイス寸法のスペクトル情報に含まれる。回折則にしたが って光強度が光ビームを包囲する暗部領域に拡散させられる。マスクの各開口に より回折された光線間の干渉により該開口間部での光強度が最小とされ、したが ってこの投影照明系の解像力が低減させられる。 高度化したフォトリソグラフィーにおいては幅寸法及びマイクロエレクトロニク スディバイスのパターン図形部のサイズの低減化の要望に合わせて解像力及びコ ントラストの改善は非常に有効である。解像力の改善はいわゆる位相シフトマス クを必要とする位相シフト法を用いて達成することができる。この位相シフトマ スクは透明な位相シフト層が隣接する開口を被覆しており、従来公知の透過マス クと異なっている。光源が隣接する開口を通して伝送されると、その位相が変化 する。出現する２つの波の位相が互いに１８０°異なると、破壊的な干渉により ウェハ表面におけるそれら像間で光強度を最小なものとし、その結果、解像力及 びコントラストが改善される。一方、この種の位相シフトマスクは、位相構造体 をクロムパターンの特殊な形状寸法と精確に関係付る必要があり、その製造は高 価カリ難しかった。位相ソフトパターンの形状寸法は、これまで設Ｂ］法則とが マスク設計のガイドラインの開発の発展が利用できないため、特殊な計算を行い かつ実験により検証しなければならなかった。 更には、位相ソフトマスクは特殊な形状寸法、例えば、大型ライン群に対しては 十分満足に役立たず、それらの利用は制限されたものである。 最後に、無欠陥位相シフトパターンの製造は位相シフト法を工業的に使用するに あたり重要な問題である。この問題は欠陥の検出及び補修に関する適当な技術を 必要とする。 像の解像力の他、焦点深度（ＤＯＦ）がフォトリソグラフィーに大いに関係する 。既に、幾つかの焦点深度の改善方法が提案されている。特に、１つ以上の屈折 率を有する透明層から成る地形図マスクを使用する手法である。この提案手法の 基本的な忠恕はマスクと投影レンズ間の光経路を増大させることである。そのよ うな地形マスクを使用することにより、確かに焦点深度のみが増大した。しがし ながら、解像力とか露光許容範囲に関して何ら改善されなかった。更に、地形マ スクの利用可能性は制限されたものであった。例えば、短小の地形繰り返しステ ップにそのようなマスクの適用が不可能である。 解像力及び焦点深度の改善はオフアキシス式照明にも試みられている。高価な特 殊設計照明装置を用いて光ビームがマスクに斜交するように入射された。焦点深 度の改善はＸ軸又はＹ軸に平行に延びる繰り返し構造体を介して得られた。座標 系に対し角度４５°を成して延びる他の構造体によっては解像力を全く改善し得 なかった。 本発明の構成 本発明の目的は投影露フォトリソグラフィーに用いられる従来形式のマスクの種 々の欠点を解消する、新規な解像力強化光学構造体を提供することにある。 本発明によれば、光源を含む照明系にマスクに見合わせて使用される光学位相構 造体が配置される。該マスクは透明ガラス基板の前面上に光吸収パターンを形成 して構成され、該光吸収パターンは分散配置された不透明図形部間に開口を設け て形成される。上記光学位相構造体は少なくとも１種類の屈折率を有する分散配 置された透明図形部を有し、これら透明図形部は上記分布した不透明図形部と関 連付けられている。この光学位相構造体は上記光源と光吸収パターンとの間の光 経路に配置され、該光吸収パターンによる現場でのオフアキシャル式照明を制御 する。上記光学位相構造体のパターンはある繰り返し周期を有する複数のグレー ティングにより構成され、各グレーティングは所定の形状及び配向を有する複数 のグレーティングラインを含む。グレーティングの繰り返し周波数、グレーティ ングラインの形状及び配向、及び位相シフトを適正に設定することにより、上記 光吸収パターンによる自然位でのオフアキシャル式照明が自在に光経路の光軸に 対しあらゆる角度をもワて調整することができる。 光学位相構造体は光吸収パターンに見合わせて光経路に配置され又は光吸収パタ ーンを担う基板に一体的に形成される。変形例において、上記光学位相構造体は 位相ホログラム又はキノフオームであってもよい。 従来形式のオフアキシャル式露光法を超えた本願発明の主な利点は局部図形レイ アウトに対し光線分布角度を個別に調整し得ることである。したがって、解像力 、焦点深度、及び露光許容範囲に関する画像品質が適正なものとされる。本発明 は、現存の照明系を高額な経費をかけて改変する必要もなく、従来形式の透過マ スクとか位相シフトマスクに適用可能であるという利点が強調される。 ４、

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の代表的な一実施例の断面図を示す。 第１ａ図及び第１ｂ図はそれぞれ第１図の装置に使用される光学位相構造体の２ つの代表的なグレーティングラインの一例の拡大図を示す。 第２図〜第５図はそれぞれ第１図の位相構造体の変形例を示す図である。 第６図は光吸収パターンの図形部の代表的な第１具体例を示す図形部である。 第６ａ図及び第６ｂ図は第６図の光吸収パターン用の代表的な２つの解像力限界 量形部例の拡大図を示す。 第９図は光吸収パターン用の代表的な第２実施例の図形部の配列を示す図である 。 第９ａ図は第９図の光吸収パターン用の解像力限界図形部の代表的な一例の拡大 図を示す。 第１０図は第９図の光吸収パターンと一緒に使用される位相構造体用の代表的な 一例のクロスグレーティングの配列を示す図である。 第１０ａ図は第１０図に示すクロスグレーティングの詳細部の拡大図を示す。 第１１図は本発明の光学位相構造体用の代表的な第１実施例を備えた投影照明系 を示す図である。 第１１ａ図は第１１図に示す投影照明系に使用される集光器の拡大部分図である 。 第１２図は本発明の光学位相構造体用の代表的な第２実施例を備えた投影照明系 を示す図である。 実施例の説明 第１図に、本発明の一実施例の光学マスクが配置された投影露光装置の概略構成 を示す。第１において、数字符号１は光源、２は照明光学系、３は投影レンズ、 及び４は半導体ウェハを示す。マスク１０は透明ガラス基板を用いて形成され、 投影レンズ３と対面させて使用される該基板の前面には、横方向に配分された不 透明図形部の間部に開口が設けられた、例えば、パターン化クロム層により形成 された吸収パターン１２が設けられている。 上記基板１１の後面には、上記光源からの照明光ビーム１０により打ち付けられ る、光学的に透明な位相構造体１３が形成される。この位相構造体１３のパター ンは上記吸収パターン１２の図形部と関連して配分された図形部を含む。この位 相構造体の図形部は複数のグレーティングラインにより構成されるパターンをも って画定され、該グレーティングのパラメータはグレーティングの繰り返し周波 数、グレーティングラインの形状及び位相分布、及びグレーティングラインの配 向等である。第１ａ図は、矩形グレーティングラインを有するグレーティングの 一例を示し、第１ｂ図は三角形グレーティングラインを有するグレーティングの 一例を示す。 使用時、位相構造体１３に衝突する入射光ビーム１００の大部分はある屈折率を 有する位相構造体１３を通過することにより回折され、僅かの光ビームが偏向さ れることなく該ガラス基板１１を透過する。この回折光は０次及び１次のプラス 及びマイナスの光のみならず、高次の光を含む。グレーティングパラメータを適 当に選定すれば、上記吸収パターン１２の開口を透過する光強度を調節すること ができる。 矩形グレーティングラインと１８０’の位相シフトにより０次光の強度をゼロと することができる。それによって入射光の大部分が回折されてプラス／マイナス の１次光とされ、即ち、光回折角度はつぎのように表される・５ｉｎ−’（ｆ、 −λ） ここで、ｒ、はグレーティング周波数、λは回折光の波長である。 三角形グレーティングラインによれば、全ての入射光が回折されてプラス／マイ ナス１次の回折光とされる。 このように、グレーティング周波数、位相ソフト量、被回折光の入射角、及びグ レーティングラインの配向を適当に選定すれば、このマスクを通して出て来る光 の照度、したがって、半導体ウェハに転送しようとするパターン情報が個別に調 節することができ、よって所定の焦点深度に対し解像力が増大する。実際に、像 解像力があらゆる配向角に対し係数２まで増大することが示された。したがって 、この発明は現存の照明系を用いて各パターンに対し解像力及び焦点深度を適正 なものにするものである。 本発明の光学位相構造体は種々に変形することができる。第２図はその実施例を 示し、該位相構造体は相異なった屈折率を有する２つの層１３．１４により構成 される。これら層１３．１４は光吸収パターン１２とガラス基板１１間に形成さ れる。この構成により、位相グレーティングと吸収パターン間の距離をより短な ものとし、これにより各周波数において異なった配向のグレーティング間で陰影 の拡張を低減させることができる。上記両グレーティングの配置をより正確なも のにすることによりその作用効果をより高めることができる。 第３図は別の実施例を示す。この実施例において、光学位相構造体１３がガラス 基板１１に形成又はエツチングされ、該位相構造体１３と吸収パターン１２間に 透明層１６が設けられる。このエツチング深さ及びガラス基板とグレーティング 材料における屈折率の差異により位相シフトが次のように示される：Φ＝２π・ 　（ｎｏ　ｎｊ　・ｐ／λ ここで、ｎ、はガラスの屈折率、ｎ、はグレーティングの屈折率、ｐはエツチン グの深さを示す。 第４図はもう１つ別の実施例を示す。この実施例において、光学位相構造体１３ が吸収パターン１２を被覆する中間層１７上に形成される。ガラス基板１１の裏 面は非反射性層１８で被覆され、該非反射性層１８は映像化学光線及びアライメ ントの目的で使用される周辺光線に対し高透過性を呈するようになっている。 このマスクは投影露光装置のマスク保持部材に懸けられる。 第５図に、第１図のものと同様の実施例を示す。この実施例において、ガラス基 板に代えて機械的に高安定性を有する透明材料から成る薄片部材が用いられる。 この薄片部材の後面に位相構造体１３が設けられ、該薄片部材の前面に設けられ た光吸収パターン１２上に位相シフトパターン１９が設けられる。 さて、光学位相構造！４１３の代表的な構成例を第６図〜第１０図を参照して説 明する。 第６図は光吸収パターン１２の図形部の代表的な一例の配列を示す。この光吸収 パターンの表面は数個の四辺形活性サブ領域２１〜２９に区分される。各サブ領 域において、解像力決定図形ラインはそれぞれの方向性を有する。各活性サブ領 域２５及び２７の解像力決定図形を代表的にそれぞれ第６ａ図及び第６ｂ図に示 す。 第７図及び８図は、第６図の解像力図形パターンと組み合わせて使用される、本 発明の位相構造体の代表的な２つの実施例を示す。この両位相構造体は、第６図 のパターンにおける活性サブ領域２１〜２９と調和させて活性サブ領域３１〜３ ９に区分される。第７図の実施例において、各活性サブ領域はそれぞれ矢印で示 される方向性を有するグレーティングラインを備えている。各活性サブ領域は、 線形性グレーティングラインに代えて、クロスグレーティングを有するようにし てもよい。第８図はクロスグレーティング配列の一例を示す。 第９図に光吸収パターン１２の他の実施例を示す。この光吸収パターンの表面部 はその内部に解像力決定図形を含む中央四辺影領域４１と該中央四辺影領域を包 囲するとともにその内部解像力決定図形部を有しない周辺領域４２とにより構成 される。第９ａ図は上記活性領域４１用の解像力決定図形の代表的な一例の部分 拡大図を示す。これら解像力決定図形部はＸ軸及びＹ軸方向に対し４５°を成す 。このＸ軸及びＹ軸方向における寸法は決定要素ではない。 第１０図は、第９図の解像力図形部パターンと組み合わせて用いられる、本発明 の光学位相構造体の代表的な一例を示す。この位相構造体１３の表面は第９図の パターン部の表面と調和させられている。その活性領域４３は、第１０ａ図に更 に詳細に示すように、チェスポード状のクロスグレーティングにより構成される 。このクロスグレーティングはＸ軸及びＹ軸方向に対し角度４５６を成していり ことが分かる。このクロスグレーティングは位相差１８０°を与える図形部４５ 及び４６を有する。このクロスグレーティングに入射した光ビームは光軸に対し 斜交する４つの主ビームに分割される。所要の適正角度はグレーティングの繰り 返し周波数によって定められる。領域４４には位相図形部は配分されない。 上述した実施例において、本発明に係る光学位相構造体は光吸収パターン１２を 含む光学マスクと一緒に組み立てられる。一方、上記光学位相構造体は分離して 構成してもよく、従来公知の透過マスク又は位相シフトマスクのいずれとも組み 合わせて使用することもできる。 第１１図は公知のマスク２０に見合わせて光ビーム１００の光経路に配置された 本発明に係る光学位相構造体の実施例を示す。第１１図はウェハステッパ式投影 露光装置のが概略構成図を示し、該投影露光装置は光源１、コリメータ５、とく に第１１ａ図に示すような数個のレンズを組み合わせて成る集光器６、反射ミラ ー７、視野レンズ２及び投影レンズ３により構成される。上記装置における視野 レンズ２と投影レンズ３間の光経路に、光吸収パターン１２を形成した公知のマ スク２０が配置される。該光吸収パターン１２に含まれる図形が投影レンズを介 して半導体ウェハ４上に縮小される。本発明の光学位相構造体１３は図示しない サスペンノヨン手段を介して所定位置に保持されたガラス基板２１に設けられる 。 位相ホログラム又はキノフオームを用いて光構造体を密着重畳する方法又はバイ ナリ−コード情報により達成することができる本発明の位相構造体の位相シフト 操作を行うことは本発明の範囲内のものである。 第１２図は投影照明系の概略構成を示し、該投影照明系において、光源からの入 射光ビーム１００を調整して公知のマスク２ｏ上に所望の分配光を転送するよう に、光反射ミラー７に位相構造体を含ませて反射ホログラムを有効に生成するよ うになっている。 前述した本発明の各実施例は説明のための代表的なものであり、本発明はそれら に限定されるものではない。これら実施例の単なる変形例及び等価なものは本発 明の範囲内のものと認められる。 ＦＩＧ、１ ＦＩＧ、６ ＦＩＧ　９ ＦＩＧ、１０ ＦＩｏ、１０（１ ＦＩＧ、１２ フロントページの続き （７２）発明者　ロンゼ、クルト・ゲルマイン・マルサベルギー国　ベー−８３ ４０ダンス、スタテイオンスストラード　１８０番 （７２）発明者　ヨンクエーレ、リック・マドガ・エティエンネ ベルギー国　へ−一２８１２　ミュイツェン、プランケンダールストラート７８ 番

Claims (18)

【特許請求の範囲】
1. １．ウェハへのマスクの投影露光転写に用いられる光学投影照明系において、光 源を含む照明系と、上記光学投影照明系の光経路に配置され、透明基板に不透明 な図形部を配分するとともにそれら図形部間に光貫通開口を設けて形成されたマ スクと、集光しかつ焦点合わせして上記マスクの開口に光を通過させる投影レン ズと、上記光源及び光吸収パターン間の光経路に配置され、少なくとも１種類の 屈折串を有する透明図形部を分配して成り、それら透明図形部の配置位置及び方 向性が上記光吸収パターンのものと関連付けられた、光学位相構造体とにより構 成したことを特徴とする、投影露光装置。
2. ２．光学位相構造体が複数のグレーティングにより繰り返し周波数をもって形成 され、各グレーティングが所定形状及び方向性を有する複数のグレーティングラ インを所定ライン幅寸法をもって配置して形成された、第１項記載の投影露光装 置。
3. ３．光学位相構造体における各グレーティングが相異した繰り返し周波数を有す る、第２項記載の装置。
4. ４．光学位相構造体における各グレーティングが相異した横方向の広がり寸法を 有する、第２項記載の装置。
5. ５．光学位相構造体における各グレーティングのグレーティングラインが相異し た方向性を有する、第２項記載の装置。
6. ６．光学位相構造体が光学マスクの透明基板上に設けられた、第１項〜第５項の いずれかに記載の装置。
7. ７．光学位相構造体が光学マスクの透明基板内に設けられた、第１項〜第５項の いずれかに記載の装置。
8. ８．光学位相構造体が透明基板に設けられた光吸収パターンの上部に形成された 透明層を被覆するようにした、第１項〜第５項のいずれかに記載の装置。
9. ９．光学位相構造体が反射ミラー内に設けられた、第１項〜第５項のいずれかに 記載の装置。
10. １０．光学位相構造体が位相ホログラムにより構成される、第１項〜第５項のい ずれかに記載の装置。
11. １１．基板の前面に、不透明な図形部を配分するとともにそれら図形部間に光貫 通開口を設けて構成される光吸収パターンを有する、透明基板と、少なくとも１ 種類の屈折率を有する透明図形部を分配して構成されるパターンを有し、それら 透明図形部の配置位置及び方向性を上記光吸収パターンのものと関連付けて形成 された光学位相構造体とにり構成したことを特徴とする、光学マスク。
12. １２．光学位相構造体か複数のグレーティングにより繰り返し周波数をもって形 成され、それらグレーティングが所定形状及び方向性を有する複数のグレーティ ングラインを所定ライン幅寸法をもって配置して形成された、第１１項記載の光 学マスク。
13. １３．各グレーティングが相異した繰り返し周波数を有する、第１２項記載の光 学マスク。
14. １４．各グレーティングが相異した横方向の広がり寸法を有する、第１２項記載 の光学マスク。
15. １５．各グレーティングのグレーティングラインが相異した方向性を有する、第 １２項記載の光学マスク。
16. １６．光学位相構造体が透明基板の裏面に設けられた、第１１項〜第１５項のい ずれかに記載の装置。
17. １７．光学位相構造体が透明基板内に設けられた、第１１項〜第１５項のいずれ かに記載の光学マスク。
18. １８．光学位相構造体が光吸収パターンを被覆する透明層上に形成された、第１ １項〜第１５項のいずれかに記載の光学マスク。