(57)【要約】【課題】空間周波数成分によって半導体ウェハ上の単一構造（１１）を規定するための方法および装置を提供する。【解決手段】空間周波数成分の幾つか（１２〜１６）は光学リソグラフィーによって得られ、あるものは干渉リソグラフィー技術によって得られる。干渉リソグラフィーは高周波数成分を結像し、光学リソグラフィーは低周波数成分を結像する。オプティックスによって、多くの空間周波数を収集し、干渉によって、空間周波数を高い空間周波数にシフトする。従って、マスクが高い空間周波数を提供する必要がないので、マスクは低い周波数成分のみを生成するように構成され、これにより、より大きな構造を有するより単純なマスクの製造が可能になる。これらの方法および装置は、より複雑な反復的および非反復的パターンを公知の光学リソグラフィーのみを用いた場合に現在利用可能な解像度よりも高い解像度で、１回の露光によって書き込むことを容易にする。【選択図】図６
2010177687.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板上の感光性材料における二次元空間パターンを生成するプロセスであって、本願明細書に記載のプロセス。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、２年間にわたる、１９９６年５月２９日付けのＮＡＶＹのＤＡＲＰＡ／Ｄｅｐａｒｔｍｅｎｔ付与番号第Ｎ６６００１−９６−Ｃ８６１７に従う研究の功績においてなされた。
【０００２】
（技術分野）
本発明は概して、半導体製造の間に反復構造を作るための干渉技術の使用に関し、具体的には、任意に複雑なパターンをウエハ上に作るための、干渉リソグラフィの光学リソグラフィとの統合に関する。
【背景技術】
【０００３】
（背景技術と技術的課題）
大規模集積（ＶＬＳＩ）を用いた集積回路の生産における進歩は、ますます小さくなっている機能寸法により特徴付けられてきた。トランジスタ機能の横方向の寸法は、１９７０年の〜５マイクロメートル（４ＫＤＲＡＭ）から、今日の０．３５マイクロメートル（６４Ｍ ＤＲＡＭ）に減少している。機能寸法におけるこの継続的な改善は、直線寸法が３年ごとに３０％ずつ縮小されることによって特徴付けられる指数関数的な機能寸法の減少を見積もる、「ムーアの法則」の必須部分である。この「法則」は、「Ｎａｔｉｏｎａｌ  Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ  Ｒｏａｄｍａｐ  ｆｏｒ  Ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒｓ」（Ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ  Ｉｎｄｕｓｔｒｙ  Ａｓｓｏｃｉａｔｉｏｎ、１９９４）の中で例示されるように、半導体産業計画の基礎となっている。
【０００４】
この進歩全体を通して、光学リソグラフィは、製造の応用のための支配的なリソグラフィ技術のままであった。この劇的な規模の縮小を可能にするために、光学リソグラフィにおいて多くの進歩がなされてきた。現在の技術水準のリソグラフィツールにおいて使用される光の波長は、水銀Ｇ線（４３６ｎｍ）から、水銀Ｉ線（３６５ｎｍ）ないし２４８ＤＵＶ（ＫｒＦレーザ）に減少している。現在、１９３ｎｍＡｒＦレーザをベースとしたステッパが開発されてきており、この歴史的な傾向を継続している。同時に、光学システムは、開口数（ＮＡ）が０．２から〜０．６〜０．７に改良されている。
【０００５】
これらの方向に沿ったさらなる重要な改善は起こりそうにないこと、および、業界がリソグラフィ技術において重大な変化を経験する必要があることを示唆する幾つかのファクタがある。これらのファクタのうちの主要なものは、機能寸法が、利用可能な光の波長よりも短くなっていることである。さらに、波長を下回る規模の減少が線幅制御をより困難にしている時でさえ、高速な回路動作のために線幅を制御することがますます重要になっている。１９３ｎｍＡｒＦの波長を下回る波長については、透過性光学材料が利用可能でないと考えられており、恐らく、全反射システムへの移行が必要とされるであろう。現在の多層反射体および非球面光学技術は、これらの要求を満たすほど十分には開発されていないため、このことは問題である。反射光学への移行の結果、可能なＮＡが大幅に減少する可能性が最も高く、より短い波長の利益を低減してしまう。
【０００６】
高スループットの製造のための十分な平均出力を有する光源が、１９３ｎｍよりも短い波長にとって、別の主要な問題点である。ＥＵＶリソグラフィは、レーザにより生成されるプラズマ源と、多層反射体を有する５倍縮小の非球面全反射光学とに基づいた有望なアプローチである。しかし、この計画が、次世代のリソグラフィ能力への業界の要求をタイムリーに満たすことができるコスト効率の高いリソグラフィツールにつながるかどうかは、まだ分からない。
【０００７】
リソグラフィ技術の実質的な変化を示唆する別のファクタは、将来のＵＬＳＩ世代のために必要とされるマスクの複雑さに関連する。この複雑さは、定義により、世代ごとに４のファクタずつ増加している（すなわち、チップ上に４倍の数のトランジスタ）。さらに、集合的に解像度増大技術として知られている、光学リソグラフィの問題点に対する潜在的な解決策の多くは、マスクの複雑さの増加（例えば、セリフ、ヘルパーバー（ｈｅｌｐｅｒ  ｂａｒ）、およびその他の副解像度機能の導入）につながるか、または、伝統的なガラス上クロムの２次元マスクの代わりに３次元マスクを必要とする（位相シフト技術）。これらの傾向は、ＵＬＳＩ構造を高歩留まりで製造する困難さおよびコストを増大する。
【０００８】
多くの他のリソグラフィ技術が今研究されている。これらのリソグラフィ技術には、Ｘ線技術、電子ビーム技術、イオンビーム技術、およびプローブチップ技術がある。上記技術の各々は利点および不利な点を有するが、それでも、今のところ、上記技術のうちのいずれも、光リソグラフィに代わる満足のいくものにはなっていないと言って間違いない。
【０００９】
近年、干渉リソグラフィ、すなわち、２本以上のコヒーレントな光ビームにより生成される定常波パターンを使用してフォトレジスト層を露光することが、次の幾つかのＵＬＳＩ世代のために必要な規模を作る非常に単純な技術を提供するとして実証された。ＮＡ／ｌに及ぶ空間周波数で低周波数のための光学露光を、高周波数のための干渉リソグラフィ露光と組み合わせるある特定の技術が存在する。しかし、これらの方法は、高空間周波数空間内容を少ない数の点に限定し、それにより、高周波数露光に対応する周期を有する周期的パターンしか得られない。例えば、以下の文献を参照されたい。１９９５年５月１６日に発行された、「Ｆｉｎｅ−Ｌｉｎｅ  Ｉｎｔｅｒｆｅｒｏｍｅｔｒｉｃ  Ｌｉｔｈｏｇｒａｐｈｙ」と題された、Ｓｔｅｖｅｎ  Ｒ．Ｊ．  Ｂｒｕｅｃｋ、Ｓａｌｅｅｍ  ＺａｉｄｉおよびＡｎ−Ｓｈｙａｎｇ  Ｃｈｕの米国特許第５，４１５，８３５号；１９９３年６月１日に発行された、「Ｏｖｅｒｌａｙ  ｏｆ  Ｓｕｂｍｉｃｒｏｎ  Ｌｉｔｈｏｇｒａｐｈｉｃ  Ｆｅａｔｕｒｅｓ」と題された、Ｓｔｅｖｅｎ  Ｒ．Ｊ．  ＢｒｕｅｃｋおよびＳａｌｅｅｍ  Ｈ．  Ｚａｉｄｉの米国特許第５，２１６，２５７号；１９９４年８月３０日に発行された、「Ｍｅｔｈｏｄ  ａｎｄ  Ａｐｐａｒａｔｕｓ  ｆｏｒ  Ａｌｉｇｎｍｅｎｔ  ｏｆ  Ｓｕｂｍｉｃｒｏｎ  Ｌｉｔｈｏｇｒａｐｈｉｃ  Ｆｅａｔｕｒｅｓ」と題された、Ｓｔｅｖｅｎ  Ｒ．Ｊ．  ＢｒｕｅｃｋおよびＳａｌｅｅｍ  Ｈ．  Ｚａｉｄｉの米国特許第５，３４３，２９２号；１９９１年２月２日出願の、「Ｕｓｅ  ｏｆ  Ｄｉｆｆｒａｃｔｅｄ  Ｌｉｇｈｔ  ｆｒｏｍ  Ｌａｔｅｎｔ  Ｉｍａｇｅｓ  ｉｎ  Ｐｈｏｔｏｒｅｓｉｓｔ  ｆｏｒ  Ｅｘｐｏｓｕｒｅ  Ｃｏｎｔｒｏｌ」と題された、Ｋｅｎｎｅｔｈ  Ｐ．  Ｂｉｓｈｏｐ、Ｓｔｅｖｅｎ  Ｒ．Ｊ．  Ｂｒｕｅｃｋ、Ｓｕｓａｎ  Ｍ．  Ｇａｓｐａｒ、Ｋｉｒｔ  Ｃ．  Ｈｉｃｋｍａｎ、Ｊｏｈｎ  Ｒ．  ＭｃＮｅｉｌ、Ｓ．  Ｓｏｈａｉｌ  Ｈ．  Ｎａｑｖｉ、Ｂｒｉａｎ  Ｒ．  ＳｔａｌｌａｒｄおよびＧａｒｙ  Ｄ．  Ｔｉｐｔｏｎの米国特許出願シリアル番号第０７／６６２，６７６号；１９９８年６月２日に発行された米国特許第５，７５９，７４４号、１９９８年７月１５日に出願の、米国特許出願シリアル番号第０８／６１４，９９１号であって、「Ｍｅｔｈｏｄｓ  ａｎｄ  Ａｐｐａｒａｔｕｓｅｓ  ｆｏｒ  Ｌｉｔｈｏｇｒａｐｈｙ  ｏｆ  Ｓｐａｒｓｅ  Ａｒｒａｙｓ  ｏｆ  Ｓｕｂ−Ｍｉｃｒｏｍｅｔｅｒ  Ｆｅａｔｕｒｅｓ」と題された、Ｓｔｅｖｅｎ  Ｒ．Ｊ．  Ｂｒｕｅｃｋ、Ｘｉａｏｌａｎ  Ｃｈｅｎ、Ｓａｌｅｅｍ  ＺａｉｄｉおよびＤａｎｉｅｌ  Ｊ．  Ｄｅｖｉｎｅ；１９９３年９月２１日に発行された、「Ａｒｒａｎｇｅｍｅｎｔ  ｆｏｒ  Ｐｒｏｄｕｃｉｎｇ  Ｌａｒｇｅ  Ｓｅｃｏｎｄ−Ｏｒｄｅｒ  Ｏｐｔｉｃａｌ  Ｎｏｎｌｉｎｅａｒｉｔｉｅｓ  ｉｎ  ａ  Ｗａｖｅｇｕｉｄｅ  Ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ  Ｉｎｃｌｕｄｉｎｇ  Ａｍｏｒｐｈｏｕｓ  ＳＩＯ２」と題された、Ｒｉｃｈａｒｄ  Ａ．  Ｍｙｅｒｓ、Ｎａｎｄｉｎｉ  ＭｕｋｈｅｒｊｅｅおよびＳｔｅｖｅｎ  Ｒ．Ｊ．  Ｂｒｕｅｃｋの米国特許番号第５，２４７，６０１号；１９９３年８月２４日に発行された、「Ｍｅｔｈｏｄ���  ａｎｄ  Ａｐｐａｒａｔｕｓ  ｆｏｒ  Ｌａｒｇｅ  Ｓｅｃｏｎｄ−Ｏｒｄｅｒ  Ｎｏｎｌｉｎｅａｒｉｔｉｅｓ  ｉｎ  Ｆｕｓｅｄ  Ｓｉｌｉｃａ」と題された、Ｓｔｅｖｅｎ  Ｒ．Ｊ．  Ｂｒｕｅｃｋ、Ｒｉｃｈａｒｄ  Ａ．  Ｍｙｅｒｓ、Ａｎａｄｉ  ＭｕｓｋｅｒｊｅｅおよびＡｄａｍ  Ｗｕの米国特許第５，２３９，４０７号；１９９１年１月２２日に発行された、「Ｈｉｇｈ  Ｐｏｓｉｔｉｏｎ  Ｒｅｓｏｌｕｔｉｏｎ  Ｓｅｎｓｏｒ  ｗｉｔｈ  Ｒｅｃｔｉｆｙｉｎｇ  Ｃｏｎｔａｃｔｓ」と題された、Ｓｔｅｖｅｎ  Ｒ．Ｊ．  Ｂｒｕｅｃｋ、Ｓ．  Ｓｃｈｕｂｅｒｔ、Ｋｒｉｓｔｉｎ  ＭｃＡｒｄｌｅ、およびＢｉｌｌ  Ｗ．  Ｍｕｌｌｉｎｓの米国特許第４，９８７，４６１号；１９８９年１１月１４日に発行された、「Ｗａｖｅｌｅｎｇｔｈ−Ｒｅｓｏｎａｎｔ  Ｓｕｒｆａｃｅ−Ｅｍｉｔｔｉｎｇ  Ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ  Ｌａｓｅｒ」と題された、Ｓｔｅｖｅｎ  Ｒ．Ｊ．  Ｂｒｕｅｃｋ、Ｃｈｒｉｓｔｉａｎ  Ｆ．  Ｓｃｈａｕｓｓ、Ｍａｒｅｋ  Ａ．  Ｏｓｉｎｓｋｉ、Ｊｏｈｎ  Ｇ．  ＭｃＩｎｅｒｎｅｙ、Ｍ．  Ｙａｓｉｎ  Ａ．  Ｒａｊａ、Ｔｈｏｍａｓ  Ｍ．  ＢｒｅｎｎａｎおよびＢｕｒｒｅｌｌ  Ｅ．  Ｈａｍｍｏｎｓの米国特許第４，８８１，２３６号；１９９２年９月１６日出願の、「Ｍｅｔｈｏｄ  ｆｏｒ  Ｆｉｎｅ−Ｌｉｎｅ  Ｉｎｔｅｒｆｅｒｏｍｅｔｒｉｃ  Ｌｉｔｈｏｇｒａｐｈｙ」と題された、Ｓｔｅｖｅｎ  Ｒ．Ｊ．  Ｂｒｕｅｃｋ、Ｓａｌｅｅｍ  ＺａｉｄｉおよびＡｎ−Ｓｈｙａｎｇ  Ｃｈｕの米国特許出願シリアル番号第０８／６３５，５６５号；１９９５年３月１６日出願の、「Ｍｅｔｈｏｄｓ  ａｎｄ  Ａｐｐａｒａｔｕｓ  ｆｏｒ  Ｌｉｔｈｏｇｒａｐｈｙ  ｏｆ  Ｓｐａｒｓｅ  Ａｒｒａｙｓ  ｏｆ  Ｓｕｂ−Ｍｉｃｒｏｍｅｔｅｒ  Ｆｅａｔｕｒｅｓ」と題された、Ｓｔｅｖｅｎ  Ｒ．Ｊ．  Ｂｒｕｅｃｋ、Ｘｉａｏｌａｎ  Ｃｈｅｎ、Ｓａｌｅｅｍ  ＺａｉｄｉおよびＤａｎｉｅｌ  Ｊ．  Ｄｅｖｉｎｅの米国ＣＩＰ特許出願シリアル番号第０８／４０７，０６７号；１９９３年９月２０日出願の、「Ｍｅｔｈｏｄ  ｆｏｒ  Ｍａｎｕｆａｃｔｕｒｅ  ｏｆ  Ｑｕａｎｔｕｍ  Ｓｉｚｅｄ  Ｐｅｒｉｏｄｉｃ  Ｓｔｒｕｃｔｕｒｅｓ  ｉｎ  Ｓｉ  Ｍａｔｅｒｉａｌｓ」と題された、Ｓｔｅｖｅｎ  Ｒ．Ｊ．  Ｂｒｕｅｃｋ、Ａｎ−Ｓｈｙａｎｇ  Ｃｈｕ、Ｂｒｕｃｅ  Ｌ．  ＤｒａｐｅｒおよびＳａｌｅｅｍ  Ｈ．  Ｚａｉｄｉの米国特許出願シリアル番号第０８／１２３，５４３号；１９９５年６月６日出願の、「Ｍｅｔｈｏｄ  ｆｏｒ  Ｍａｎｕｆａｃｔｕｒｅ  ｏｆ  Ｑｕａｎｔｕｍ  Ｓｉｚｅｄ  Ｐｅｒｉｏｄｉｃ  Ｓｔｒｕｃｔｕｒｅｓ  ｉｎ  Ｓｉ  Ｍａｔｅｒｉａｌｓ」と題された、Ｓｔｅｖｅｎ  Ｒ．Ｊ．  Ｂｒｕｅｃｋ、Ａｎ−Ｓｈｙａｎｇ  Ｃｈｕ、Ｂｒｕｃｅ  Ｌ．  ＤｒａｐｅｒおよびＳａｌｅｅｍ  Ｚａｉｄｉの米国特許第５，７０５，３２１号；１９９６年９月２５日出願の、「Ｍａｎｕｆａｃｔｕｒｅ  ｏｆ  Ｑｕａｎｔｕｍ  Ｓｉｚｅｄ  Ｐｅｒｉｏｄｉｃ  Ｓｔｒｕｃｔｕｒｅｓ  ｉｎ  Ｓｉ  Ｍａｔｅｒｉａｌｓ」と題された、Ｓｔｅｖｅｎ  Ｒ．Ｊ．  Ｂｒｕｅｃｋ、Ａｎ−Ｓｈｙａｎｇ  Ｃｈｕ、Ｂｒｕｃｅ  Ｌ．  ＤｒａｐｅｒおよびＳａｌｅｅｍ  Ｈ．  Ｚａｉｄｉの米国���ＩＶ特許出願シリアル番号第０８／７１９，８９６号；１９９２年３月５日出願の、「Ｕｓｅ  ｏｆ  Ｄｉｆｆｒａｃｔｅｄ  Ｌｉｇｈｔ  ｆｒｏｍ  Ｌａｔｅｎｔ  Ｉｍａｇｅｓ  ｉｎ  Ｐｈｏｔｏｒｅｓｉｓｔ  ｆｏｒ  Ｏｐｔｉｍｉｚｉｎｇ  Ｉｍａｇｅ  Ｃｏｎｔｒａｓｔ」と題された、Ｋｅｎｎｅｔｈ  Ｐ．  Ｂｉｓｈｏｐ、Ｌｉｓａ  Ｍ．  Ｍｉｌｎｅｒ、Ｓ．  Ｓｏｈａｉｌ  Ｈ．  Ｎａｑｖｉ、Ｊｏｈｎ  Ｒ．  ＭｃＮｅｉｌおよびＢｒｕｃｅ  Ｌ．  Ｄｒａｐｅｒの米国特許出願シリアル番号第０７／８４７，６１８号；１９９５年９月８日出願の、「Ｔｅｃｈｎｉｑｕｅ  ｆｏｒ  Ｆａｂｒｉｃａｔｉｏｎ  ｏｆ  ａ  Ｐｏｌｅｄ  Ｅｌｅｃｔｒｏｏｐｔｉｃ  Ｆｉｂｅｒ  Ｓｅｇｍｅｎｔ」と題された、Ｓｔｅｖｅｎ  Ｒ．Ｊ．  ＢｒｕｅｃｋおよびＸｉａｎｇ−Ｃｕｎ  Ｌｏｎｇの米国特許出願シリアル番号第０８／５２５，９６０号；１９９５年６月２０日出願の、「Ｍｅｔｈｏｄ  ａｎｄ  Ａｐｐａｒａｔｕｓ  ｆｏｒ  Ｒｅａｌ−ｔｉｍｅ  Ｓｐｅｃｋｌｅ  Ｉｎｔｅｒｆｅｒｏｍｅｔｒｙ  ｆｏｒ  Ｓｔｒａｉｎ  ｏｒ  Ｄｉｓｐｌａｃｅｍｅｎｔ  ｏｆ  ａｎ  Ｏｂｊｅｃｔ  Ｓｕｒｆａｃｅ」と題された、Ｓｔｅｖｅｎ  Ｒ．Ｊ．  Ｂｒｕｅｃｋ、Ｄａｖｉｄ  Ｂ．  Ｂｕｒｃｋｅｌ、Ａｎｄｒｅｗ  ＦｒａｕｅｎｇｌａｓｓおよびＳａｌｅｅｍ  Ｚａｉｄｉの米国特許第５，４２６，４９８号；ＳＩＡ、Ｎａｔｉｏｎａｌ  Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ  Ｒｏａｄｍａｐ  ｆｏｒ  Ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒｓ（１９９４）；Ｊ．Ｗ．  Ｇｏｏｄｍａｎ、Ｉｎｔｒｏｄｕｃｔｉｏｎ  ｔｏ  Ｆｏｕｒｉｅｒ  Ｏｐｔｉｃｓ、２ｎｄ  Ｅｄ．（ＭｃＧｒａｗ  Ｈｉｌｌ、ＮＹ  １９９６）；Ｊ．Ｗ．  Ｇｏｏｄｍａｎ、Ｓｔａｔｉｓｔｉｃａｌ  Ｏｐｔｉｃｓ（Ｊｏｈｎ  Ｗｉｌｅｙ、ＮＹ  １９８５）；Ｘｉａｏｌａｎ  Ｃｈｅｎ、Ｓ．Ｈ．  Ｚａｉｄｉ、Ｓ．Ｒ．Ｊ．  ＢｒｕｅｃｋおよびＤ．Ｊ．  Ｄｅｖｉｎｅ、Ｉｎｔｅｒｆｅｒｏｍｅｔｒｉｃ  Ｌｉｔｈｏｇｒａｐｈｙ  ｏｆ  Ｓｕｂ−Ｍｉｃｒｏｍｅｔｅｒ  Ｓｐａｒｓｅ  Ｈｏｌｅ  Ａｒｒａｙｓ  ｆｏｒ  Ｆｉｅｌｄ−Ｅｍｉｓｓｉｏｎ  Ｄｉｓｐｌａｙ  Ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｓ（Ｊｏｕｒ．  Ｖａｃ．  Ｓｃｉ．  Ｔｅｃｈ  Ｂ１４、３３３９−３３４９、１９９６）；Ｓ．Ｈ．  ＺａｉｄｉおよびＳ．Ｒ．Ｊ．  Ｂｒｕｅｃｋ、Ｍｕｌｔｉｐｌｅ−Ｅｘｐｏｓｕｒｅ  Ｉｎｔｅｒｆｅｒｏｍｅｔｒｉｃ  Ｌｉｔｈｏｇｒａｐｈｙ（Ｊｏｕｒ．  Ｖａｃ．  Ｓｃｉ．  Ｔｅｃｈ．  Ｂ１１、６５８、１９９２）；Ａ．  Ｙａｒｉｖ、Ｉｎｔｒｏｄｕｃｔｉｏｎ  ｔｏ  Ｏｐｔｉｃａｌ  Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃｓ（Ｈｏｌｔ、ＲｅｉｎｈａｒｄおよびＷｉｎｓｔｏｎ、ＮＹ  １９７１）。
【００１０】
干渉リソグラフィにおける制限的な空間周波数は一般的に〜λ／２であると考えられる。ここで、λはレーザー波長であり、１：１のラインアンドスペースにおける臨界寸法（ＣＤ）はλ／４である。これは、通常ｋ１λ／ＮＡであると言われる結像光学システムの制限的なＣＤと対比されるべきである。ここでｋ１は製造公差および光学システムの関数であり、λは露光システムの中心波長であり、そしてＮＡは結像光学システムの開口数である。ｋ１の典型的な値は、１．０から〜０．６までの範囲である。これは、制限的なスケールの簡略化しすぎた説明であるが、主要な点を示す役割は果たしている。１９３波長の光学リソグラフィツールの場合の見積もりではＮＡは０．６であり、これは〜０．１９マイクロメートルという制限的なＣＤにつながる。対照的に、Ｉ線（３６５ｎｍ）では、干渉リソグラフィは、〜０．０９マイクロメートルという制限的な解像度を有する。１９３波長を用いると、干渉リソグラフィの制限的な解像度は〜０．０５マイクロメートルである。これはすでに、現在のＥＵＶリソグラフィの見積もり（波長１３ｎｍおよびＮＡ０．１であり、ｋ１が０．６のとき０．０８マイクロメートルのＣＤにつながる）よりも優れている。
【００１１】
干渉リソグラフィに関連する主要な障害は、ＶＳＬＩおよびＵＬＳＩのコンテキストにおいて有用な回路パターンを生成するのに十分なパターン柔軟性の開発に関連する。２ビーム干渉露光は単に、フィールド全体にわたって、ラインアンドスペースの周期的なパターンを生成するだけである。マルチビーム（４本または５本）露光は、２次元構造を生成するが、ホールまたは柱などの比較的単純な反復パターンの構造も生成する。より複雑な構造は、例えば１９９５年５月１６日に発行された、「Ｍｅｔｈｏｄ  ａｎｄ  Ａｐｐａｒａｔｕｓ  ｆｏｒ  Ｆｉｎｅ−Ｌｉｎｅ  Ｉｎｔｅｒｆｅｒｏｍｅｔｒｉｃ  Ｌｉｔｈｏｇｒａｐｈｙ」と題された、Ｓ．Ｒ．Ｊ．  ＢｒｕｅｃｋおよびＳａｌｅｅｍ  Ｈ．  Ｚａｉｄｉの米国特許第５，４１５，８３５号、および、Ｊｏｕｒ．  Ｖａｃ．  Ｓｃｉ．  Ｔｅｃｈ．  Ｂ１１  ６５８（１９９２）に記載されるように、多数回の干渉露光を用いることにより作製され得る。更なる柔軟性は、上述の特許で記載されるままに、干渉リソグラフィと光学リソグラフィを組み合わせることにより成し遂げられる。これまで、実証には、例えば、干渉リソグラフィにより線のアレイを規定し且つ第２の光学露光によりフィールドの境界を定める、などの比較的単純な例などがある。多数回の露光は、より複雑な構造ではあるが、依然として反復の構造を生成するものとして実証されている。
【００１２】
制限されたパターン柔軟性の他に、現在知られている干渉リソグラフィ技術には、所望の構造を得るための十分に規定された合成手順がない。
【００１３】
従って、従来技術に関連する上記欠点をとりわけ克服する技術が必要とされる。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１４】
（発明の要旨）
本発明は、従来技術の欠点の多くを克服する態様で光学リソグラフィおよび干渉リソグラフィを統合する方法および装置を提供する。
【課題を解決するための手段】
【００１５】
本発明の好適な実施形態は、光学リソグラフィ技術と干渉リソグラフィ技術との間のリソグラフィタスクを解析する方法および装置を提供する。特に好適な実施形態によれば、干渉リソグラフィと光学リソグラフィとの統合を容易にして、同じワークピース、例えば半導体ウエハ、の上に複雑な構造を生成する光学システムが提供される。好適な例示的実施形態では、２つのマスクが、光学システムによりウエハ上に結像される均一な平行光ビームの２つの部分を遮断するように構成される。干渉光学システムは、装置に組み込まれ、２つのマスク像を、ウエハに垂直な平面に関して実質的に等しい角度および対頂角（ｏｐｐｏｓｉｔｅ  ａｎｇｌｅ）でウエハ上にもたらす。この好適な実施形態によれば、干渉光学を通過した後にウエハ面と一致する像面を作るために、マスクは、適切には、光軸に関して適切に傾けられる。
【００１６】
本発明の別の局面によれば、任意の所望のパターンを、多数の特定の干渉および光学リソグラフィ露光に分けるための形式的解析手順が提案される。
【００１７】
本発明の別の局面によれば、マルチビーム干渉リソグラフィは、多数の離散的空間周波数、または、代替的には、空間周波数の連続する範囲を含むように拡張され、それにより、１回の露光で、より複雑な反復パターンおよび非反復パターンの書き込みを容易にする。
【００１８】
本発明の別の局面によれば、拡張されたマルチビーム干渉リソグラフィを光学リソグラフィと組み合わて、公知の光学リソグラフィだけを用いて現在得ることができる解像度よりも高い解像度で任意の構造を作る方法および装置が提供される。
【００１９】
本発明の別の局面によれば、干渉露光において使用されるマスクを光学的に規定する方法および装置が提供される。
【００２０】
本発明のさらに他の局面によれば、組み合わされた光学および干渉リソグラフィ露光の光学リソグラフィ部分において用いられるマスクの複雑さを低減する方法および装置が提供される。
【００２１】
例えば、本発明は以下を提供する。
【００２２】
（項目１）基板上の感光性材料における二次元空間パターンであって、
第１のマスクパターンを特徴とする第１のマスクの照射を提供するための第１の照射システムと、基板上の該感光性材料上に該第１のマスクパターンを結像するための第１の結像システムとを含む第１の光学アレンジメントを用いた該感光性材料の第１の露光であって、第１の強度パターンを持つ第１の露光と、
第２の光学アレンジメントを用いた該感光性材料の第２の露光であって、該第２の露光は、第２の強度パターンを持ち、該二次元空間パターンの空間周波数の第１および第２のサブセットを提供する該第１および第２の強度パターンを組み合わせて、これにより、該感光性材料に該二次元空間パターンを規定する、第２の露光と、
該感光性材料を処理し、それによって該二次元空間パターンを例示することと、
のプロセスから生じる基板上の感光性材料における二次元空間パターン。
【００２３】
（項目２）前記感光性材料がフォトレジスト層である、項目１に記載のプロセス。
【００２４】
（項目３）前記基板がウェハである、項目１に記載のプロセス。
【００２５】
（項目４）前記処理により、前記感光性材料が前記二次元空間パターンに従って前記基板の適切な特性を変更するためのマスクとして作用するように該感光性材料において物理的変化が生じる、項目１に記載のプロセス。
【００２６】
（項目５）前記第２の光学アレンジメントが、第２のマスクパターンを特徴とする第２のマスクの照射を提供するための第２の照射システムと、前記基板上の前記感光性材料上に該第２のマスクパターンを結像するための第２の結像システムとを含む、項目１に記載のプロセス。
【００２７】
（項目６）前記第２の光学アレンジメントが、第３のマスクパターンを特徴とする第３のマスクの照射を提供するための第３の照射システムと、前記第２のマスクパターンおよび該第３のマスクパターンに対応する電界がコヒーレントに干渉し、それによって、前記基板上の前記感光性材料上に強度パターンが提供されるように該第３のマスクパターンを結像するための第３の結像システムとをさらに含む、項目５に記載のプロセス。
【００２８】
（項目７）前記第３のマスクは前記第２のマスクと実質的に同一である、項目６に記載のプロセス。
【００２９】
（項目８）前記第１および第２の露光ステップが、時間的に連続して行われる、項目１に記載のプロセス。
【００３０】
（項目９）前記組み合わせのステップが、直交偏光を持つ照射源を用いて、前記露光の前記第１および第２の強度パターンを実質的に同時に足すプロセスを包含する、項目１に記載のプロセス。
【００３１】
（項目１０）前記組み合わせのステップが、互いに非コヒーレントな照射源を用いて、前記露光の前記第１および第２の強度パターンを実質的に同時に足すプロセスを包含する、項目１に記載のプロセス。
【００３２】
（項目１１）前記第１の露光ステップが、第１の波長λ１の照射源を有し且つ第１の開口数ＮＡ１を特徴とする第１の光学リソグラフィー露光システムを用いて、前記二次元空間パターンの低い空間周波数成分を前記感光性材料に対して露光するプロセスを包含し、該低い空間周波数成分の空間周波数の大きさが約ＮＡ１／λ１より小さい、項目１に記載のプロセス。
【００３３】
（項目１２）前記第２の露光が、マルチビーム干渉露光を用いて露光し、それによって前記感光性材料に対して前記二次元空間パターンの高い空間周波数成分を提供するプロセスを包含し、該高い空間周波数成分の空間周波数の大きさが、約ＮＡ１／λ１より大きく、該第２の露光が、
前記基板上の該感光性材料上への該マルチビームの入射角によって確立される空間周波数での該基板における強度パターンと、
該第２の露光で用いられた露光量によって確立される、該感光性材料における該強度パターンの振幅と、
該基板上の基準点に対する該強度パターンの位相と、
を特徴とする、項目１に記載のプロセス。
【００３４】
（項目１３）前記第２の露光が、結像干渉露光を用いて露光し、それによって前記感光性材料に対して前記二次元空間パターンの高い空間周波数成分を提供するプロセスを包含し、該高い空間周波数成分の空間周波数の大きさが、約ＮＡ１／λ１より大きく、該第２の露光が、
中心空間周波数における中心空間周波数成分と、
該第２の露光で用いられた露光量によって確立される該中心空間周波数成分の振幅と、
該中心空間周波数成分の位相と、
前記基板上の該感光性材料における該二次元空間パターンを規定するように調整された振幅および位相を持つ該中心空間周波数を中心とする円の少なくとも一部の中にある空間周波数を持つ該高い空間周波数成分の範囲と、
を特徴とする、項目１に記載のプロセス。
【００３５】
（項目１４）前記結像干渉露光が、結像干渉光学システムによって形成され、該結像干渉光学システムは、
波長λ２の空間的にコヒーレントな照射源と、
開口数ＮＡ２と、倍率Ｍ２とを持つ第２の光学結像システムと、
該第２の結像光学システムに固定された座標システムに対して極角（−ａｒｃｓｉｎ[Ｍ２ｓｉｎ（θ２）],φ２）に第２のマスクを取付けるための手段と、
該第２のマスクを、実質的に均一な平面波で、該座標システムに対して極角（−ａｒｃｓｉｎ[ｓｉｎ（θ３）／Ｍ２],φ２）に照射するための光学手段と、
該座標システムに対して極角（θ２,φ２）に前記基板を取付けるための手段と、
前記基板上の露光領域を定めるために第３のマスクを通して基準平面波を指向し、該第２のマスクの該照射および該第２の光学結像システムによって生じる光学場とコヒーレントに、該座標システムに対して極角（θ３,φ２）に該基板上に入射する結像のゼロ次空間周波数で、該基板上に該第３のマスクを結像するための光学手段と、
基板位置または相対的光学経路長を調整し、それによって前記第１の露光の周波数成分と前記第２の露光の周波数成分との間の適切な位相関係を保証する整合手段と、
を備え、これにより、該基板上に該第２の露光が行われ、該第２の露光は、
φ２で表される方向において＋［ｓｉｎ（θ２）＋ｓｉｎ（θ３−θ２）］／λ２および−［ｓｉｎ（θ２）＋ｓｉｎ（θ３−θ２）］／λ２の２つのオフセット中心空間周波数と、
該オフセット中心空間周波数の各々を中心とする空間周波数空間における、半径ＮＡ２／λ２の円の少なくとも前記部分の中にある空間周波数成分と、
を特徴とし、該円の少なくとも一部の中にある空間周波数成分の相対的振幅および位相が、該基板上に所望のパターンの相対的振幅および位相を実質的に再現する、項目１３に記載のプロセス。
【００３６】
（項目１５）前記角度θ２はθ３／２に固定されており、これにより、前記基板上の前記感光性材料を対称的に照射し、前記第２の光学結像システムの中心線は該基板に対して−θ３／２の角度であり、前記結像光学手段の中心線は該基板に対して＋θ３／２の角度であり、さらに、前記中心空間周波数は、φ２で表される方向において、それぞれ＋２ｓｉｎ（θ３／２）／λ２および−２ｓｉｎ（θ３／２）／λ２である、項目１４に記載のプロセス。
【００３７】
（項目１６）前記角度θ２は０に固定されており、これにより、前記第２のマスクおよび前記基板は前記第２の光学結像システムの中心線に対して垂直であり、さらに、前記中心空間周波数は、φ２で表される方向において、それぞれ＋ｓｉｎ（θ３）／λ２および−ｓｉｎ（θ３）／λ２である、項目１４に記載のプロセス。
【００３８】
（項目１７）前記結像干渉露光は結像干渉光学システムによって行われ、該結像干渉光学システムは、
波長がλ２でコヒーレントがσ２である部分的に空間的にコヒーレントな照射源と、
開口数ＮＡ２および倍率Ｍ２を持つ第２の光学結像システムと、
該第２の結像光学システムに固定された座標システムに対して極角（−ａｒｃｓｉｎ[Ｍ２ｓｉｎ（θ２）],φ２）に第２のマスクを取付けるための手段と、
該座標システムに対して（−ａｒｃｓｉｎ[ｓｉｎ（θ３）／Ｍ２],φ２）を中心とする極角で、該第２のマスクを照射するための光学手段と、
該座標システムに対して極角（θ２,φ２）に基板を取付けるための手段と、
該基板上の露光領域を定めるために第３のマスクを通して基準波を指向し、該基板上に該第３のマスクを結像する光学手段であって、該結像のゼロ次空間周波数は、該座標システムに対する極角（θ３,φ２）で該基板上に入射して、該第２のマスクおよび該第２の光学結像システムの該照射によって生じる光学場と干渉する、光学手段と、
基板位置または相対的光学経路長を調整し、それによって該第１の露光の周波数成分と該第２の露光の周波数成分との間の適切な位相関係が保証される整合手段と、
を含包し、これにより、該基板上に該第２の露光が行われ、該第２の露光は、
φ２で表される方向において＋［ｓｉｎ（θ２）＋ｓｉｎ（θ３−θ２）］／λ２および−［ｓｉｎ（θ２）＋ｓｉｎ（θ３−θ２）］／λ２の２つのオフセット中心空間周波数と、
該オフセット中心空間周波数の各々を中心とする空間周波数空間における、半径（１＋σ２）ＮＡ２／λ２の円の少なくとも一部の中にある空間周波数成分と、を特徴とし、
該円の該少なくとも該一部の中にある空間周波数成分の相対的振幅および位相が、該基板上に所望のパターンの相対的振幅および位相を実質的に再現する、項目１３に記載のプロセス。
【００３９】
（項目１８）前記角度θ２はθ３／２に固定されており、これにより、前記基板上の前記感光性材料を対称的に照射し、前記第２の光学結像システムの中心線は該基板に対して−θ３／２の角度であり、前記結像光学手段の中心線は該基板に対して＋θ３／２の角度であり、さらに、前記中心空間周波数は、φ２で表される方向において、それぞれ＋２ｓｉｎ（θ３／２）／λ２および−２ｓｉｎ（θ３／２）／λ２である、項目１７に記載のプロセス。
【００４０】
（項目１９）前記角度θ２は０に固定されており、これにより、前記第２のマスクおよび前記基板は前記第２の光学結像システムの中心線に対して垂直であり、さらに、前記中心空間周波数は、φ２で表される方向において、それぞれ＋ｓｉｎ（θ３）／λ２および−ｓｉｎ（θ３）／λ２である、項目１７に記載のプロセス。
【００４１】
（項目２０）前記第２のマスクおよび前記第３のマスクは実質的に同じ空間パターンを含み、さらに、前記第２の光学結像システムおよび前記光学手段は、実質的に等価な開口数を提供し、前記基板上の前記感光性材料上の前記二次元パターンは、空間周波数２ｓｉｎ（θ２／２）の高空間周波数成分で畳み込みされた該マスクの縮小空間パターンを特徴とする、項目１４に記載のプロセス。
【００４２】
（項目２１）前記第２のマスクおよび前記第３のマスクは実質的に同じ空間パターンを含み、さらに、前記第２の光学結像システムおよび前記光学手段は、実質的に等価な開口数を提供し、前記基板上の前記感光性材料上の前記二次元パターンは、空間周波数２ｓｉｎ（θ２／２）の高空間周波数成分で畳み込みされた該マスクの縮小空間パターンを特徴とする、項目１７に記載のプロセス。
【００４３】
（項目２２）前記マスクの前記照射によって生じた前記空間周波数成分の振幅および位相が、前記第２の光学システムおよび前記光学手段によって収集されない他の周波数空間領域に生じる該空間周波数成分の振幅および位相に関して何ら制約もなしに、前記周波数空間領域内の最終結像に望まれる振幅および位相と実質的に同じであるように、前記第２のマスクおよび前記第３のマスクが構成される場合をさらに含む、項目１４に記載のプロセス。
【００４４】
（項目２３）前記マスクの前記照射によって生じた前記空間周波数成分の振幅および位相が、前記第２の光学システムおよび前記光学手段によって収集されない他の周波数空間領域に生じる空間周波数成分の振幅および位相に関して何ら制約もなしに、前記周波数空間領域内の最終結像に望まれる振幅および位相と実質的に同じであるように、前記第２のマスクおよび前記第３のマスクが構成される場合をさらに含む、項目１７に記載のプロセス。
【００４５】
（項目２４）前記マスクの前記照射によって生じた前記空間周波数成分の振幅および位相が、最終結像に望まれる振幅および位相と実質的に同じであるが、空間周波数に関してシフトされるように該第２のマスクおよび前記第３のマスクが構成され、前記光学結像システムが、前記基板上の所望の周波数空間領域内に前記空間周波数を印刷するように調整され、該周波数空間領域内にはない空間周波数成分には何ら制約がない場合をさらに含む、項目１４に記載のプロセス。
【００４６】
（項目２５）前記マスクの前記照射によって生じた前記空間周波数成分の振幅および位相が、最終結像に望まれる振幅および位相と実質的に同じであるが、空間周波数に関してシフトされるように該第２のマスクおよび前記第３のマスクが構成され、前記光学結像システムが、前記基板上の所望の周波数空間領域内に前記空間周波数を印刷するように調整され、該周波数空間領域内にはない空間周波数成分には何ら制約がない場合をさらに含む、項目１７に記載のプロセス。
【００４７】
（項目２６）完全なマスクおよび前記コヒーレントに照射される結像干渉光学システムを用いて、前記マスクを光学的に生成するプロセスであって、
前記所望の周波数空間領域を、少なくともその一部が基板平面に位置する、フォトレジストコーティングされたブランクなマスクブランク上に結像するプロセスと、
その後に該マスクブランクを処理し、それによって該フォトレジストを現像し、前記光学的に生成されたパターンを該マスクに転写するプロセスと、
のプロセスを包含する光学的生成ステップをさらに包含する、項目１３に記載のプロセス。
【００４８】
（項目２７）前記第２のマスクの前記二次元パターンは、主に直交方向ｘおよびｙに配向されたエッジを有する構造を含み、これにより、対応するｘ軸に沿った小さな寸法の構造によって生じる高空間周波数を包含するように前記極角φ２を該ｘ方向に整合させることを有利にし、さらに、第３の露光において、対応するｙ軸における小さな寸法の小さな構造によって生じる高空間周波数を包含するようにφ２を直交するｙ軸に整合させ、これにより、直線配置の空間パターンに関する空間周波数包括範囲を最大化する、項目１４に記載のプロセス。
【００４９】
（項目２８）前記第２のマスクの前記二次元パターンは、主に直交方向ｘおよびｙに配向されたエッジを有する構造を含み、これにより、対応するｘ軸に沿った小さな寸法の構造によって生じる高空間周波数を包含するように前記極角φ２を該ｘ方向に整合させることを有利にし、さらに、第３の露光において、対応するｙ軸における小さな寸法の小さな構造によって生じる高空間周波数を包含するようにφ２を直交するｙ軸に整合させ、これにより、直線配置の空間パターンに関する空間周波数包括範囲を最大化する、項目１７に記載のプロセス。
【００５０】
（項目２９）対応するｘ空間軸に沿った小さな寸法を持つ小さな構造によって生じる高い空間周波数を包含するように、前記第２の露光の前記オフセット中心空間周波数をｘ周波数軸に沿って整合させるステップと、
対応するｙ空間軸において小さな寸法を持つ小さな構造によって生じる高い空間周波数を包含するように、前記第３の露光の前記中心空間周波数を直交するｙ周波数軸に沿って整合させ、これにより、直線配置の空間パターンに関する空間周波数包括範囲を最大化するステップと、
のプロセスをさらに含む、項目２２に記載のプロセス。
【００５１】
（項目３０）対応するｘ空間軸に沿った小さな寸法を持つ小さな構造によって生じる高い空間周波数を包含するように、前記第２の露光の前記オフセット中心空間周波数をｘ周波数軸に沿って整合させるステップと、
対応するｙ空間軸において小さな寸法を持つ小さな構造によって生じる高い空間周波数を包含するように、前記第３の露光の前記中心空間周波数を直交するｙ周波数軸に沿って整合させ、これにより、直線配置の空間パターンに関する空間周波数包括範囲を最大化するステップと、
のプロセスをさらに含む、項目２３に記載のプロセス。
【００５２】
（項目３１）対応するｘ空間軸に沿った小さな寸法を持つ小さな構造によって生じる高い空間周波数を包含するように、前記第２の露光の前記オフセット中心空間周波数をｘ周波数軸に沿って整合させるステップと、
対応するｙ空間軸において小さな寸法を持つ小さな構造によって生じる高い空間周波数を包含するように、前記第３の露光の前記オフセット中心空間周波数を直交するｙ周波数軸に沿って整合させ、これにより、直線配置の空間パターンに関する空間周波数包括範囲を最大化するステップと、
のプロセスをさらに含む、項目２４に記載のプロセス。
【００５３】
（項目３２）対応するｘ空間軸に沿った小さな寸法を持つ小さな構造によって生じる高い空間周波数を包含するように、前記第２の露光の前記オフセット中心空間周波数をｘ周波数軸に沿って整合させるステップと、
対応するｙ空間軸において小さな寸法を持つ小さな構造によって生じる高い空間周波数を包含するように、前記第３の露光の前記オフセット中心空間周波数を直交するｙ周波数軸に沿って整合させ、これにより、直線配置の空間パターンに関する空間周波数包括範囲を最大化するステップと、
のプロセスをさらに含む、項目２５に記載のプロセス。
【００５４】
（項目３３）前記第１の露光および前記第２の露光を、単一のコヒーレント放射源から引き出す、項目１に記載のプロセス。
【図面の簡単な説明】
【００５５】
以下、本発明を、添付の図面に関して説明する。図中、同じ符号は同じエレメントを示す。
【図１】図１は、フーリエ変換を容易にするための、特定の構造の矩形への分解の概略図であり、矩形は、明瞭さのために、わずかにオフセットされて示されている。
【図２】図２は、コヒーレントおよび非コヒーレントな照射についての光学伝達関数の例示的なグラフである。
【図３】図３は、所定の波長およびＮＡで、回折が制限された光学リソグラフィーツールにより書き込まれた０．１８マイクロメートルＣＤの従来技術のＶＬＳＩパターンの例を示す図であり、左欄は、非コヒーレントな照射の結果を示し、右欄は、コヒーレントな照射の結果を示す。
【図４】図４は、光学露光と干渉露光との組み合わせを用いて書き込まれた０．１８マイクロメートルＣＤのＶＬＳＩパターンの実施例を示す。
【図５】図５は、統合された光学および干渉リソグラフィー技術のコンテキストにおけるマスク構造の簡略化を示す。
【図６】図６は、本発明の好適な実施形態による、ウエハ上にフィールドストップ（ｆｉｅｌｄ  ｓｔｏｐ）を結像する際に有用な例示的光学システムの概略図である。
【図７】図７は、図６の光学システムを、干渉リソグラフィ技術を含むように拡張したシステムの概略図である。
【図８】図８Ａおよび図８Ｂは、高空間周波数にバイアスされたマスク像を生成する際に有用な別の干渉光学システムの概略図である。
【図９】図９Ａおよび図９Ｂは、図８Ａの光学システムを用いて結像された矩形開口のエッジ領域のＳＥＭ顕微鏡写真であって、それぞれ焦点が合っている場合および焦点がずれている場合のＳＥＭ顕微鏡写真を示す。
【図１０】図１０は、結像光学露光と干渉露光との組み合わせの空間周波数空間表現を示す概略図である。
【図１１Ａ】図１１Ａは、本発明の好適な実施形態による、像の空間周波数内容（ｓｐａｔｉａｌ  ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ  ｃｏｎｔｅｎｔ）をゼロの中心周波数から離れるようにバイアスするための光学システムの概略図である。
【図１１Ｂ】図１１Ｂは、図１１に示される概略図の別の実施形態である。
【図１２Ａ】図１２Ａは、完全なパターンのマスクをプリズムとともに用いてサブマスクを結像し、周波数成分を低周波数から離れるようにバイアスするための光学システムの概略図である。
【図１２Ｂ】図１２Ｂは、図１２Ａに示される概略図の別の実施形態である。
【図１３】図１３は、図１１の構成を用いる干渉リソグラフィと、結像光学リソグラフィ（ＩＩＬ）との組み合わせにより、３６５ｎｍの波長で書き込まれた０．１８マイクロメートルＣＤのＶＬＳＩパターンの概略的な実施例を示す。
【図１４】図１４は、上記の方法および装置を用いて実施したものを示す。
【発明を実施するための形態】
【００５６】
（好適な例示的実施形態の詳細な説明）
本発明を詳細に説明する前に、フーリエ光学の検討を示す。Ｊ．Ｗ．  Ｇｏｏｄｍａｎ、Ｉｎｔｒｏｄｕｃｔｉｏｎ  ｔｏ  Ｆｏｕｒｉｅｒ  Ｏｐｔｉｃｓ、  ２ｎｄ  Ｅｄ．  （Ｊｏｈｎ  Ｗｉｌｅｙ  Ｐｒｅｓｓ、ＮＹ  １９９６）も参照されたい。本明細書において、上記文献の内容全体を参考として援用する。
【００５７】
簡略化のために、以下の説明は、非コヒーレントな照射の使用を仮定しており、像の各フーリエ成分は、独立して処理および評価され得る。その後、説明は、コヒーレントな照射の限界に及ぶ。コヒーレントな照射の場合、各成分は、電界と、露光面での強度を決定するために二乗した結果とを示す。実際的には、実際の光学リソグラフィツールは、典型的には、部分的にコヒーレントな照射を用いる。部分的なコヒーレンスのより詳細な説明については、例えば、Ｊ．Ｗ．  Ｇｏｏｄｍａｎ、Ｓｔａｔｉｓｔｉｃａｌ  Ｏｐｔｉｃｓ  （Ｊｏｈｎ  Ｗｉｌｅｙ、  ＮＹ  １９８５）を参照されたい。部分的にコヒーレントな照射の使用は、数学的解析の計算の複雑さを増加するが、本明細書に説明されるように、その他の面で本発明に大きな影響を与えない。
【００５８】
光学リソグラフィーシステムは、照射サブシステム、マスク、結像光学サブシステム、およびフォトレジスト光学応答に分けられ得る。照射サブシステムの目的は、マスクの均一な照射を提供することである。光ビームは、マスクを通過すると、マスクパターンのフーリエ成分に対応する多数の平面波に回折される。これらの平面波成分の各々は、波数ベクトルのｋｘ成分およびｋｙ成分により特徴付けられる異なる空間方向に伝搬する。数学的には、これは、マスクの平面において、以下のように示される。
【００５９】
【数１】
2010177687.tif 000003
ここで、加算は、許容された空間周波数ｋｘ＝ｎ／Ｐｘ；ｎ＝０，±１，±２，…；ｋｙ＝ｍ／Ｐｙ；ｍ＝０，±１，±２，…にわたってとり、ＰｘおよびＰｙはそれぞれ、ｘ方向およびｙ方向へのパターンの反復周期である。ＰｘおよびＰｙは、非反復パターンの場合、露光ダイサイズと同じ大きさであり得る。ガラス上クロムのマスクは２値透過関数を有する（各画素は１またはゼロのいずれかである）ため、（１）のフーリエ変換は単に、所望のパターンの矩形への分解に対応する適切な位相シフトを有するｓｉｎ（ｘ）／ｘ関数にわたる和により与えられる。即ち、以下のようになる。
【００６０】
【数２】
2010177687.tif 000004
ここで、ａｉ（ｂｉ）はｘ（ｙ）における各矩形の広がりであり、ｃｉ（ｄｉ）はｘ（ｙ）における座標原点からの矩形中心のオフセットである。
【００６１】
少し図１を参照して、所望のパターンの矩形への上記分解が、典型的なＶＬＳＩゲート構造について概略的に示される。特に、示された実施形態において典型的なゲート１１として示される例示的なパターンは、複数の矩形１２〜１６に分解される。明瞭さのために、これらの矩形は、図では、オフセットされて示される。
【００６２】
結像光学サブシステムは、像（ウエハ）面へのフーリエ成分の伝搬に、変調伝達関数（ＭＴＦ）を課す。円対称を有する、回折が制限された光学の場合、伝達関数は、空間周波数ｋｏｐｔ＝ＮＡ／λで特徴付けられ、ここでＮＡは開口数であり、λは中心波長である。非コヒーレントな照射の制限において、ＭＴＦは、Ｇｏｏｄｍａｎ、Ｉｎｔｒｏｄｕｃｔｉｏｎ  ｔｏ  Ｆｏｕｒｉｅｒ  Ｏｐｔｉｃｓ、２ｎｄ  Ｅｄ．（ＭｃＧｒａｗ  Ｈｉｌｌ、ＮＹ  １９９６）の参照により与えられる。即ち、以下の通りである。
【００６３】
【数３】
2010177687.tif 000005
ここで、ｋ＝√（ｋｘ２＋ｋｙ２）であり、ｋ＞２ｋｏｐｔの場合、Ｔｉｎｃｏｈ（ｋｘ，ｋｙ）＝０である。コヒーレントな光学システムの場合、伝達関数は、単に以下のようになる。
（４）    ｋ≦ｋｏｐｔの場合、Ｔｃｏｈ（ｋｘ，ｋｙ）＝１、および
ｋ＞ｋｏｐｔの場合、Ｔｃｏｈ（ｋｘ，ｋｙ）＝０
ここで、上記のように、この伝達関数は、適切には、空中像強度を評価する前に光電界に適用される。
【００６４】
ここで図２を参照して、これら２つの伝達関数が、以下により詳細に説明される干渉リソグラフィの場合の伝達関数とともに示される。スケールは、ｋｏｐｔ＝ＮＡ／λにより設定され、ここで、ＮＡは、光学サブシステムの開口数であり、λは、照射システムの中心波長である。非コヒーレントな照射２１の場合、伝達関数Ｔｉｎｃｏｈが、マスクでの強度パターンの各フーリエ成分に適用される。コヒーレントな照射２２の場合、伝達関数Ｔｃｏｈが、マスクでの電界のフーリエ成分に適用され、強度は、ウエハ面で評価される。２／λにまで及ぶ、干渉リソグラフィの光学伝達関数（２３）もまた示される。この図をプロットするために使用されたパラメータは、λ＝３６５ｎｍおよびＮＡ＝０．６５である。図２のグラフでは、ｋ／ｋｏｐｔへの正規化により、λへのいかなる明らかな依存も取り除かれる。
【００６５】
最後に、ウエハ面での像強度は、レジストに転写される。レジストは、典型的には、非線形応答を示す。この点に関して、業界では通常、ポジ型およびネガ型トーン（ｔｏｎｅ）レジストの両方が使用される。明確さのために、本明細書に示される計算は、ネガ型トーンレジストの場合のものである（即ち、レジストの照射領域は、現像時に保持され、非照射領域は除去される）。計算は、マスクを単純に反転して照射領域および非照射領域を逆にすれば、ポジ型トーンレジストに等しく適用され得ることが理解される。計算の簡略化のために、フォトレジスト応答は、ステップ関数として近似される。即ち、閾値よりも小さい局所強度の場合、フォトレジストは、現像時に完全に取り除かれると仮定され、閾値よりも大きい局所強度の場合、レジスト厚は、現像プロセスによる影響を受けない。実際には、レジストは有限のコントラストを有し、非局所強度は、現像に影響を与える。これらの実際的な考察の影響は、以下に示される結果における高空間周波数変動の幾らかを取り除くこと、および、この単純モデルにより予測される急な側壁ではなく有限の側壁傾斜を生じることである。しかし、これらの影響は、本発明の範囲または内容に影響を及ぼすものではない。
【００６６】
ここで図３を参照して、従来技術の例は、３６５ｎｍ、２４８ｎｍ、および１９３ｎｍの光学リソグラフィツール（それぞれ図の下から上）を用いた、０．１８マイクロメートルＣＤの典型的なＶＬＳＩゲートパターンの印刷にこの公知のフーリエ解析を適用した結果を示す。所望のパターンは、各セルに点線で示される。光学ツールにより印刷されたパターンの周囲だけが示される。これらの周囲の内側では、レジストは露光され、現像時に無傷のままである。周囲の外側では、レジストは露光されず、現像中に除去される（ネガ型レジスト）。上記のように、ポジ型レジストの場合にこの応答を逆にすることは、解析への単純な改変である。パターンは周期的である。従って、実際の露光では、各セルが多数回繰り返され、言うまでもなく、各セルの輪郭を描くフレームは印刷されない。図３においてより多くの情報を提供するために、異なる露光ツールおよび照射条件の結果を有する隣接するセルが、示されている。ＮＡは、３６５ｎｍ（Ｉ線）の場合０．６５に設定され、２４８ｎｍ（ＫｒＦレーザ源）および１９３ｎｍ（ＡｒＦレーザ源）の場合０．６に設定された。左欄は、非コヒーレントな照射の結果を示し、右欄は、コヒーレントな照射の結果を示す。背景の章に示された単純な解析から予期されるように、Ｉ線光学リソグラフィツールは、０．１８マイクロメートルＣＤの構造を簡便に書き込むことができない（例えば、〜ｋｌλ／ＮＡ〜０．８×．３６５／．６５〜０．４５マイクロメートルの最小解像度）。印刷された形状は、利用可能な周波数成分が制限されていることから起こる深刻な歪みを示す。実際に、コヒーレントな照射の像は、２つの分離された特徴でさえないが、合わさって単一の構造になる。図３には示されていないが、パターンはまた、プロセス変動に非常に敏感であり、光学露光レベルのわずかな変動に対して大きな変化を示す。２４８ｎｍの光学ツールから得ることができるパターンは大幅に改善されたが、それでも、これらのパターンはまだ、エッジにかなりの丸みを示し、所望の構造からのずれを示す。１９３ｎｍのツールから得ることができるパターンでさえ、理想からは遠い。
【００６７】
上記手順は、光学リソグラフィと干渉リソグラフィとの間のリソグラフィタスクを解析する（ｐａｒｓｅ）ために使用され得る。この解析技術は、本発明の核心である。
【００６８】
本発明の解析技術を詳細に示す前に、干渉リソグラフィについてのＭＴＦの評価がまず示される。
【００６９】
より具体的には、ＩＬは、その最も単純な形では、ウエハに垂直な平面において等しい方位角および対頂方位角（ｏｐｐｏｓｉｔｅ  ａｎｇｌｅ）（θ）で基板に入射する２つのコヒーレントな光ビームを使用する。ウエハでの強度は、以下の式により与えられる。
【００７０】
【数４】
2010177687.tif 000006
ここで、各ビームの強度は個々にＩ０であり、ｋ＝１／λであり、λは、コヒーレントなビームの波長であり、位相因子φは、ウエハ座標システムに関するパターンの位置を示す。所望の最終パターンを形成するために、この位相因子を多重露光において適切に調整すること、すなわち（露光間アライメント）が必要であり得る。これは、ＭＴＦが１である。即ち、強度は、最小でゼロになる。空間周波数は、以下の式により与えられ、
（６）         ｋｘ＝２ｋｓｉｎ（θ）
最大空間周波数は、ｋｘ｜ｍａｘ≡ｋＩＬ＝２／λである。これは、結像光学システムの場合の最大空間周波数、即ち、ｋ｜ｍａｘ＝２ｋｏｐｔ＝２ＮＡ／λと比較されるべきである。さらに、干渉露光の場合の変調伝達関数は、従来の光学システムの場合の急激な降下とは異なり、典型的には、すべてのｋ＜ｋＩＬの場合に１である。これは、コヒーレントな照射の光学結像システムおよび非コヒーレントな照射の光学結像システムの両方の場合の対応するＭＴＦとともに、図２に示される。コヒーレントな照射のＭＴＦが、強度のフーリエ成分ではなく、電界のフーリエ成分に適用されることを覚えておくことが重要である。強度をとることに関与する非線形二乗演算は、２×ｋｏｐｔまでに及ぶ周波数成分を生成する。
【００７１】
従って、本発明により所望のパターンを露光するための規定された手順は、光学リソグラフィおよび干渉リソグラフィに関連する。特に好適な実施形態によれば、光学リソグラフィは主としてより低い周波数成分を提供するために使用され、干渉リソグラフィは主としてより高い空間周波数成分を提供するために使用される。閾値は、干渉露光の周波数（即ち、最大および最小の空間周波数）および振幅（フーリエ振幅が予め設定されたレベルよりも低いいかなる周波数成分をも無くす）の両方に対して設定され得る。これは、従来技術の例（図３）に使用されたものと同じＶＬＳＩパターンについて、図４に示される。
【００７２】
続けて図４を参照して、左欄は、周波数範囲を設定する実施例を示す。左上のパネルの場合、干渉リソグラフィにより利用できる全周波数空間が使用され、従って、この場合は、光学リソグラフィステップは必要でない。結果として得られるパターンは、任意の従来技術が例示する所望のパターンをより厳密に表したものであり、実質的により短い波長における場合でさえ所望のパターンをより厳密に表したものである。しかし、この例では５１回の露光が必要であった。左欄のその下の２つのパネルは、まず低周波数を制限する実施例、次いで、低および高周波数の両方を制限する実施例を示す。各々の場合、低周波数成分は、光露光によって得られる。右欄は、干渉リソグラフィ露光の強度について閾値を設定した結果を示す。閾値が徐々に高くなっていくと（上から下）、干渉リソグラフィ露光の回数は徐々に少なくなり、且つ、徐々に所望の構造へ近似がより理想的でなくなる。この現象は、露光時間に関する製造コストに関連する露光回数と、パターン忠実度との間のトレードオフを強調する。このトレードオフは、好ましくは、本発明の教示による各レベルの具体的なコンテキストにおいて最適化され得る。
【００７３】
上記のように、光学リソグラフィに直面する主な困難点のうちの１つは、必要とされるマスクの複雑さの増加である。本明細書において概説される解析手順は、好ましくは、像の低空間周波数成分のために光リソグラフィを利用し、干渉リソグラフィにより高空間周波数成分を供給するため、マスクの複雑さは、劇的に低減され得る。
【００７４】
ここで図５を参照して、図４に示されるパターンと類似した例示的なＶＬＳＩパターンが、再び、上記のパラダイムを用いて示される。即ち、光学リソグラフィは、マスクの低空間周波数成分のために用いられ（ｌｅｖｅｒａｇｅｄ）、干渉リソグラフィは、高空間周波数成分のために使用される。より具体的には、図５の左上のパネルは、完全なマスク構造を用いて低空間周波数成分（ｋｏｐｔ＝ＮＡ／λまで）のみを印刷した（非コヒーレントに結像した）結果得られる像を示す（点線で示される）。右上のパネルは、５１回の干渉露光を追加した結果（実線）（図４の左上のパネルを参照）および干渉リソグラフィを単純な振幅閾値を用いた７回の露光にのみ制限した結果（破線）を示す。これらの結果は、図４に示される結果と実質的に等しい。図５の左側の真ん中のパネルは、はるかに単純なマスク（簡略化されたマスクＡと呼ばれ、点線で示される）と、結像システムに固有の空間周波数を超える空間周波数に対して制限を与えずに、結像システムにこのマスクからの像を通過させる場合に結果として得られる強度プロファイルとを示す。これは、完全なパターンよりもはるかに単純なマスクであるが、光学ツールの制限された周波数空間内で非常に類似した結果を作り出す。マスクパターンＡは、前の段落で説明された結像シミュレーションにＡのパターンを通過させることにより、上のパネルの低周波数の結果から単なる試行錯誤により得られた。反復パターニングのため、パターンＡは単に、反復単位あたりに１つの矩形開口であることに注意されたい。
【００７５】
続けて図５を参照して、右側の真ん中のパネルは、簡略化されたパターンＡを光学露光に用い、且つ、干渉リソグラフィ露光を追加した結果を示し（閾値なし、利用可能な空間周波数の完全な範囲）、このパネルは、完全なマスクについてのパネルに非常に近い。破線の曲線は、７回の干渉リソグラフィ露光の場合である。低周波数マスクは、左下のパネルに示される単純な直線セグメントにさらに簡略化され得る。反復パターンのため、これは、単に、ダイの完全な高さに延びる、幅の広いラインである。
【００７６】
図５の右下のパネルは、５１回（実線）および７回（破線）の干渉リソグラフィ露光を用いて高周波数成分を追加した結果を示す。この結果は、完全なマスクで得られる結果に非常に近く、この場合も、１９３ｎｍの光学露光ツールででも得ることができる結果よりもはるかに優れている。結果として得られた露光間の差は非常にわずかであり、これは、簡略化されたマスクが、光学リソグラフィステップに使用され得ることを示し、優れたパターン忠実度をまだ維持しながら、マスク作製の困難さを緩和する。上記のように、個々のレベルについて、露光回数（製造スループット）とパターン忠実度との間の慎重なトレードオフがなされる必要がある。
【００７７】
１回の露光において多数（２本以上）のビームを組み合わせることにより、干渉露光の回数を低減することもまた可能である。このことの単純な例は、「Ｍｅｔｈｏｄｓ  ａｎｄ  Ａｐｐａｒａｔｕｓｅｓ  ｆｏｒ  Ｌｉｔｈｏｇｒａｐｈｙ  ｏｆ  Ｓｐａｒｓｅ  Ａｒｒａｙｓ  ｏｆ  Ｓｕｂ−Ｍｉｃｒｏｍｅｔｅｒ  Ｆｅａｔｕｒｅ」と題された、Ｓｔｅｖｅｎ  Ｒ．Ｊ．  Ｂｒｕｅｃｋ、Ｘｉａｏｌａｎ  Ｃｈｅｎ、Ｓａｌｅｅｍ  ＺａｉｄｉおよびＤａｎｉｅｌ  Ｊ．  Ｄｅｖｉｎｅによる１９９５年２月２４日出願の関連米国特許出願番号第０８／３９９，３８１号にいくらか詳細に説明されている。この先出願は、特定の２次元露光を書き込むため、具体的には、ポジ型フォトレジスト層にまばらなホールアレイ（＞１：３のホール径：ホール間距離）を書き込むための一連の技術を提供する。上記出願には、３回、４回および５回のビーム露光の具体的な例が提供されている。
【００７８】
干渉リソグラフィ露光のフィールドの境界を定めることが望ましい場合が多く、且つ、それが必要である場合が多い。１回の露光のための典型的なダイサイズ（今日では、２０×３０ｍｍ２のオーダ）は、ウエハサイズ（直径２００ｍｍ〜３００ｍｍ）よりもはるかに小さい。ダイ全体に均一な露光を得るためには、光ビームは広げられ、フィールドサイズにわたって均一な強度に変えられる。しかし、ビームのエッジは、必然的に不均一であり、ウエハを露光することが可能にされても、パターンが実質的に不均一になる。これに取り組む１つの技術は、ウエハの真上にフィールドストップ（マスク）開口を追加して、露光面積の境界を定めることである。しかし、このアプローチでの重大な問題点は、開口の回折効果に関連する。回折理論から、これらは、パターン内に約１０√（ＩＬ）延びる。ここで、Ｌは、フィールドストップからウエハまでの距離である。Ｌが約１ｍｍという実際的な分離距離の場合、この回折リンギング（ｄｉｆｆｒａｃｔｉｏｎ  ｒｉｎｇｉｎｇ）は、パターン内に約０．３ｍｍ延びる。多くの応用では、これは、許容不可能な結果である。このリンギングを無くすための１つの技術は、エッジから散在したフィールドがエッジからコヒーレントに離れて追加されないように、波長のスケールで開口のエッジを無造作に粗くすることである。
【００７９】
さらに従来のリソグラフィから離れずに且つ大幅に高められた柔軟性を提供する際の別の代替例は、フィールドストップをウエハから離し、以下の２つの機能を同時に提供する光学システムを追加することである。この機能とは、１）フィールドストップをウエハ上に結像すること、および、２）フィールドストップに入射する平行ビームを、ウエハの位置で平行ビームになるようにすることである。
【００８０】
ここで図６を参照して、フィールドストップ３１をウエハ３２上に結像するために用いられる光学システムの好適な例示的実施形態は、焦点距離ｆ１およびｆ２をそれぞれ有するレンズ３３および３４を含み、マスク３１は、第１のレンズ３３から距離ｆ１だけ前に配置され、レンズ間の間隔は、適切にはｆ１＋ｆ２であり、ウエハ３２は、第２のレンズ３４から距離ｆ２だけ後ろに配置される。像の倍率は、−ｆ２／ｆ１により示される。フィールドストップは、適切には、第１のレンズ３３の前に配置され、平行にされ（即ち、波面が、非常に大きい曲率半径を有する）且つフィールドストップの面積にわたってほぼ均一であるレーザ源により照射される。この構成では、波面の曲率は、この光学システムによる影響を実質的に受けない。ウエハでのフィールドストップ像の、回折が制限されたエッジ解像力（ｅｄｇｅ  ｄｅｆｉｎｉｔｉｏｎ）は、適切には、光学システムの波長に比例し、且つ、開口数に反比例する。これは、マスク像を転写し且つそれと同時に波面全体の平坦性を維持する役割を果たす光学システムの分類のほんの１つにすぎない。適切な光学システムを特定する一般的な条件は、光学システムを示すＡＢＣＤ光線転送行列（ｔｒａｎｓｆｅｒ  ｍａｔｒｉｘ）全体のＢおよびＣの項がゼロであることである（Ａ．  Ｙａｒｉｖ、Ｉｎｔｒｏｄｕｃｔｉｏｎ  ｔｏ  Ｏｐｔｉｃａｌ  Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃｓ（Ｈｏｌｔ、ＲｅｉｎｈａｒｔおよびＷｉｎｓｔｏｎ、ＮＹ  １９７１）の、ＡＢＣＤ光線追跡転送行列の説明を参照せよ）。
【００８１】
この結像システムの数学的な説明は、上で紹介したフーリエ光学の概念に関しては容易である。マスク照射は、コヒーレントな均一のビームを用いるため、コヒーレントな結像の解析が適切である。マスクの直後の電界は、以下のように書くことができる。
【００８２】
【数５】
2010177687.tif 000007
ここで、Ｍ（ｋｘ，ｋｙ）は、マスク透過関数のフーリエ変換であり、便宜上、離散的であると仮定される。非周期的なマスクパターンの場合、ｋｘ、ｋｙにわたる加算は、通常の様式で積分に置き換えられる。光学システムへの通過により、以下の変調伝達関数が課される。
【００８３】
【数６】
2010177687.tif 000008
ここで、下付き文字Ｅは、この伝達関数が強度ではなく電界に適用されることを示すものである。次いで、ウエハでの電界は、以下の式により与えられ、
【００８４】
【数７】
2010177687.tif 000009
強度は、以下の式により与えられる。
【００８５】
【数８】
2010177687.tif 000010
ここで、Ｉは強度のフーリエ変換であり、単純な透過マスクの場合実数である。ｋｘ’およびｋｙ’の上のプライム符号は、二乗演算の結果、電界フーリエ変換のｋｘとｋｙとの適切な和からなり、２×ｋｏｐｔまで及ぶことを示す。
【００８６】
マスクにより規定される低周波数パターンは、光路を分割し且つ干渉光学を導入することにより、より高い空間周波数にシフトされ得る。ここで図７を参照して、本発明の好適な例示的実施形態は、図６の光学システムを、干渉技術をリソグラフィシステムに統合するための装置を含むように拡張したものを示す。より具体的には、マスク４１および４２はそれぞれ、適切には、図中上方または下方に示される、光ビームの２つの部分（例えば、半分）に導入される。マスク４１および４２は、必ずしも同一であるとは限らない。最終光学素子により同位相波面に導入されるいかなる傾きをも補償するために、これらのマスクは、最終像面がウエハに垂直な平面にあるように、好ましくは傾けて配置され得る。光学システムは、図６を参照して説明されたように配置されるレンズ３３および３４からなる。最後に、高周波数バイアスを提供するために、干渉光学が導入される。
【００８７】
図７に示される干渉光学システムは、適切には、複数（例えば、４個）のミラー（４５、４６、４７および４８）を含み、これらのミラーは、光ビームをそれぞれのセグメント（例えば、２つ）に分割し、且つ、これらのセグメントに、ウエハ１５の平面で干渉を起こさせる。示された実施形態では、干渉光学システムは、適切には、ウエハに垂直な平面に対して実質的に等しい角度および対頂角で、マスク像をウエハ上にもたらすように構成される。このシステムの利点には、２本のビームの中心光路長が等しいことと、誘導される非点収差がないことが挙げられる。
【００８８】
ここで図８を参照して、高空間周波数にバイアスされたマスク像を生成するために、様々な他の実施形態が使用され得る。特に、図８Ａは、ワークピース（例えば、ウエハ）３２にマスク像を付与するように構成された、レンズ３４およびミラー５１を含む単純なフレネル構成を使用する。図８Ａの構成は、ミラー（５１）を１つだけを含むはるかに単純な構成であるという点では魅力的であるが、２つの中心光路長は等しくなく、２つのマスクのための異なるマスク平面を必要とする。図８Ｂは、プリズム（５２）構成を示し、ここでは、中心光路長は等しいが、プリズムがｘ線およびｙ線のための異なるマスク平面を必要とする、非点収差を導入する。
【００８９】
ここで、これらのシステムの数学的な説明が、図７に関して得られる。この説明を図８の別の光学機構に適合するためには、本質的な結果に影響を与えないわずかな変更が必要とされる。図７の光学システムに方程式９を適合すると、以下の式が与えられる。
【００９０】
【数９】
2010177687.tif 000011
ここで、下付き文字ｕおよびｌは、マスクフーリエ変換が必ずしも同一であるとは限らないことを示すために、マスクフーリエ変換に追加されている。ｗ＝２Пｓｉｎθ／λは、干渉光学により各ビームに追加された空間周波数バイアスである。強度をとると、フォトレジスト層上に印刷される像が与えられる。即ち、以下のようになる。
【００９１】
【数１０】
2010177687.tif 000012
そして、２つのマスクが同一であるという特殊な場合、これは、以下の式になる。
【００９２】
【数１１】
2010177687.tif 000013
方程式（１３）は、高周波数干渉パターンにより変調されるマスク像に対応する。例えば、マスクパターンが単にフィールドストップである場合、結果として得られる印刷パターンは、フィールドストップによりエッジで境界が定められる高空間周波数ライン：スペースパターンである。上記のように、フィールドストップのエッジは、典型的には、光学システムの制限により〜λ／ＮＡの距離内に規定される。より複雑なマスクパターンが明らかに可能である。実際に、光学システムの空間周波数範囲内のいかなるマスクパターンも、本発明による干渉光学システムにより導入される追加の高空間周波数変調で再現され得る。
【００９３】
次に図９を参照して、図８Ａの光学構成を用いて有限のフィールド内で均一なライン：スペースパターンを印刷する最初の実験証拠を示す、複数のＳＥＭ顕微鏡写真が示される。光源は、３６４ｎｍのＡｒイオンレーザであった。これは、単一エレメントの非補正球面レンズだけを用いる非常に低いＮＡの光学システム（〜０．０６）であり、回折が制限されたエッジ解像力は、わずか〜６マイクロメートルであった。おそらく、レンズ収差からのかなりの寄与があると思われる。上の２つのＳＥＭ（図９Ａ）は、焦点が合っている場合を示す。フィールドストップの垂直方向のエッジ（干渉格子ラインに平行）および水平方向のエッジ（干渉格子ラインに垂直）の両方が、〜１０マイクロメートル以内に規定される。このエッジ解像力は、理論上の回折限界（λ１／ＮＡ〜４マイクロメートル）の２〜３のファクタの範囲内である。尚、０．９マイクロメートルの格子周期が、本質的に、組み込み式測定装置を提供する。対照的に、下のＳＥＭ（図９Ｂ）は、焦点がずれている状態の場合の同様の結果を示す。エッジでの強度縞形成は、回折によるものである。〜３０マイクロメートルという最初の縞までの距離は、焦点面からの距離（即ち、焦点ずれ）を約３．５ｍｍで較正するために使用され得る。
【００９４】
方程式（１３）は、この像に関連する空間周波数寄与の分布を強調するように書き直すことができる。即ち、以下のようになる。
【００９５】
【数１２】
2010177687.tif 000014
方程式（１４）を細かく吟味すると、周波数内容を有する３つの周波数空間領域があることが示唆される。即ち、レンズシステムにより変調され且つ強度項により表される低周波数領域と、この強度パターンの２つの複製である。これらの複製のうち１つは、干渉光学の結果、＋２ｗｘだけシフトされ、１つは−２ｗｘだけシフトされる。この状態は図１０Ａに示され、図１０Ａは、図８Ａに示されるような例示的光学システムを用いて、方程式１４で示される露光によりカバーされる周波数空間の完全な広がりを適切にモデル化している。特に、利用可能な周波数空間の完全な広がりは、半径ｋＩＬ＝２／λの大きい円１０４としてモデル化され、中が塗られた３つの円１０６、１０８および１１０は、有意な周波数内容を有する３つの周波数空間領域を表す。図９の実証に使用された光学システムの場合、低周波数領域は、ＮＡ＝０．０６で半径２ｋｏｐｔ＝２ＮＡ／λの円の中に含まれ、干渉により作られた２つの領域は、２ｗ＝２ｓｉｎ（θ）／λだけオフセットされ、０．９マイクロメートルピッチの格子の場合、ｓｉｎ（θ）＝０．２である。各オフセット領域の半径は、低周波数領域の半径と等しい。方程式（３）から、光学システムのＭＴＦは、これらの周波数領域の各々において、半径方向に沿って単調に減少し、図１０Ａに示される円のエッジではゼロである。尚、レンズ光学システムだけ（図６）では、０．９マイクロメートル周期の格子を作ることはできず、レンズシステムと組み合わされた干渉システム（図８Ａ）は、像の周波数内容を、像の面積を規定する低周波数内容を保持しながら格子を生成するために必要とされる、より高い周波数にシフトしている。重要なことに、組み合わされた光学システムにより、周波数内容が連続する周波数空間領域をカバーする像が得られる。これは、小さい周期のパターン（ｘには１２×ＣＤ、ｙには５×ＣＤ）について比較的広く間隔が空けられた周波数空間内の点だけが、パターンを再現するために必要とされる上記の周期的構造の説明と対比されるべきである（例えば、図１、図３、図４および図５の上記説明を参照されたい）。
【００９６】
この第１の実証の場合、非常に控えめな光学システムが使用された。図１０Ａから明らかなように、結果として得られたパターンは、利用可能な周波数空間の非常に小さい領域しかカバーしない。図１０Ｂは、少ない回数の露光および控えめな光学システムで、例えば０．３３のレンズＮＡの場合に、空間周波数空間の多くをカバーする可能性を示す。周波数空間のオフセット領域は、ｋｘ方向およびｋｙ方向の両方に示される。これらは、図７および図８に示される光学システムと類似した光学システムを用いた２回の露光において、または、「Ｍｅｔｈｏｄｓ  ａｎｄ  Ａｐｐａｒａｔｕｓｅｓ  ｆｏｒ  Ｌｉｔｈｏｇｒａｐｈｙ  ｏｆ  Ｓｐａｒｓｅ  Ａｒｒａｙｓ  ｏｆ  Ｓｕｂ−Ｍｉｃｒｏｍｅｔｅｒ  Ｆｅａｔｕｒｅｓ」と題された、Ｓｔｅｖｅｎ  Ｒ．Ｊ．  Ｂｒｕｅｃｋ、Ｘｉａｏｌａｎ  Ｃｈｅｎ、Ｓａｌｅｅｍ  ＺａｉｄｉおよびＤａｎｉｅｌ  Ｊ．  Ｄｅｖｉｎｅによる、１９９５年２月２４日出願の米国特許出願シリアル番号第０８／３９９，３８１号において平面波（例えば、周波数空間の単一点）に関して説明されるような４ビーム干渉システムを用いた１回の露光において、提供され得る。ｋｘ軸およびｋｙ軸に沿った周波数成分の相対位相はパターンによって変わり得るため、２回の露光が必要とされる可能性が高い。λ／３のＮＡは、３つの円の間の直径に沿って、周波数空間の連続するカバレッジが達成される最小のＮＡであるため、このλ／３のＮＡが選択された。光学システムの周波数応答が円のエッジでは不適切であるため、完全なカバーレッジを達成するためには、追加の露光またはより大きいＮＡの光学システムのいずれかが必要とされる。直線パターンの周波数内容の大部分は、ｋｘ軸およびｋｙ軸に近い値に集中される。そのため、この周波数空間カバーレッジは、満足のいくものであり得る。そうでない場合、追加の露光または追加のビーム経路、またはその両方が、必要に応じて使用され得る。
【００９７】
周波数空間の完全なカバレッジを確実にするのに十分に大きいＮＡで十分な露光を行っても、この構成は、簡便には、任意のパターンの結像を可能にしない。これは、各強度パターンが、実際のマスク像を表すからであり、これは、フーリエ成分に幾らかの制約を与える。具体的には、方程式１０により示される単純な透過マスクの場合、マスクの後の強度が実数であり且つ正でなければならないという要求により、以下の式が必要とされる。
【００９８】
【数１３】
2010177687.tif 000015
同じ関係が、最終像にも当てはまらなければならない。しかし、干渉光学システムは、例えば以下の式のようなより制約的な関係を課す。
【００９９】
【数１４】
2010177687.tif 000016
ここでも、最終像について、各行に示される対の関係が当てはまらなければならないが、これらの対の間で関係が当てはまらなければならないという要求により、最終像は過度に制約される。
【０１００】
本発明によれば、以上の制約を調停するための少なくとも以下の３つのアプローチ解決策がある。（１）多数の露光を重ねて、この対称性をこわすこと、（２）位相マスクまたは他の３次元マスクを用いて、方程式１５に示される全体的な対称性をこわすこと、ならびに、（３）上方および下方アームに異なるマスクを用いることにより、および、追加の光学を導入して周波数応答の中心をｋｘ＝ｋｙ＝０から離れるようにシフトし、レンズＭＴＦにより正および負の周波数項に異なる重み付けがなされるようにすることにより、光学システムを改変することである。
【０１０１】
実際的な重要性が大きい（３）（上記）の特殊な場合は、干渉システムの１つのアーム、例えば上方アームにはフィールドストップ開口のみを配置し、且つ、下方アームにはより複雑なマスクを配置することにより得られ得る。次いで、方程式１２は、以下のように書くことができる。
【０１０２】
【数１５】
2010177687.tif 000017
方程式１７は、フィールドストップが十分に大きいためＭｕに関連するフーリエ成分がＭｌに含まれる周波数よりもはるかに小さい周波数であるという仮定の下で導出された。具体的には、方程式１７の加算の各周波数は、パターンを、フィールドストップにより規定される面積に制限するために適切な関数と置き換えられ得る。即ち、以下のようになる。
【０１０３】
【数１６】
2010177687.tif 000018
ここで、ａおよびｂは、フィールドストップの直線寸法であり、フーリエ変換対の乗算と畳込みとが等しいことが利用されている。
【０１０４】
この結果は、依然として、方程式１６に関して示された制約の問題を完全には解決しない場合がある。
【０１０５】
特に、フーリエ係数、例えば、Ｍｌ（ｋｘ，ｋｙ）＝Ｍｌ＊（−ｋｘ，−ｋｙ）には、任意の最終像と一致しないという制約がある。上記のように、これは、光学システムの中心周波数応答を｜ｋ｜＝０から離れるようにシフトすることにより回避され得る。これを達成する１つの可能な光学機構が、図１１に示される。
【０１０６】
次に図１１を参照して、有効なマスク４１および４２が使用され、マスク４１は、適切には、単純なオープンフィールドストップ開口を含む。プリズム７１は、適切には、マスク４２の後ろに配置され、周波数成分の角度オフセットを提供する。中心光線７２および７３は、追加の情報を提供するために示されている。プリズム７１は、好ましくは、マスク４２から現れるゼロ周波数成分が、レンズ３３の開口のエッジに向けられるように選択される。この構成では、プリズム７１は、レンズシステムにより受け入れられる周波数成分に、全体の傾きまたはバイアスｗｔｉｌｔを効果的に与える。示された実施形態では、プリズム角度は、マスク４２から現れるゼロの空間周波数の光線を傾けてこの光線が第１のレンズ（３３）の開口をちょうど避けるように選択される。この結果を、上方マスクとしての単純なフィールドストップ開口に限定し、再び、この開口のゼロでないフーリエ係数がマスクの周波数よりもはるかに低い周波数であり、初めに無視され得ると推定すると、マスクでの合計フィールドは、以下のようになり、
【０１０７】
【数１７】
2010177687.tif 000019
強度は、以下のようになる。
【０１０８】
【数１８】
2010177687.tif 000020
ｗｔｉｌｔを、例えば、正のｋｘだけがレンズシステムに受け入れられるように調整することにより、任意の像の形成に対する最終的な制約が取り除かれる。図１１に示されるようなプリズムの使用には多数の可能な変形がある。例えば、プリズムは、図１１Ｂのようにマスクの前に配置されてもよく、プリズムは、透過または反射のいずれかにおいて使用される適切な回折格子と置き換えられてもよく、マスク透過の適切なサブセットのみを選択するためにフーリエ平面フィルタが使用されてもよい（例えば、光学システムの第１のレンズ（３３）の焦点の開口）。
【０１０９】
この概念を用いて生成され得るパターンの計算が、図１３に示される。左上のパネル（「全周波数」と示されている）は、すべての妥当に利用可能な干渉露光を用いた結果を示す。このパネルは、比較のために含まれ、多数回の露光でこれまでに得られた最良のパターンを示し、図４の左上のパネルと本質的に同一である。左側の真ん中のパネルは、二重露光、即ち、結像干渉露光および非コヒーレントに照射された光学露光の結果を示す。この左側の真ん中のパネルは、図１１の構成を用いて、ｙ方向即ち垂直方向にオフセット（バイアス）された１回の結像干渉リソグラフィ（ＩＩＬ）露光と、伝統的な非コヒーレントに照射された光学露光とを組み合わせた結果であり、これらの露光の両方で、０．４という控えめなレンズＮＡを用いた。左側の真ん中のパネルに示された実施例では、結像干渉露光は、好ましくは、例えば、図１１のプリズム７１により０．５のｙ空間周波数でバイアスされ得る。好適な実施形態によれば、このバイアスはその後、干渉光学（例えば、図７のミラー４５〜４８）により効果的に相殺され、最終的に、パターンのための適切な周波数分布を生成する。所望のパターンを有するマスクは、適切には、光学システムの一方のアームに配置され、フィールドの輪郭を描く開いた開口は、適切には、他方のアームに配置される。図１３に示される実施例の場合、パターンは、水平（ｘ）方向にＰｘ＝１２ＣＤ、垂直（ｙ）方向にＰｙ＝５ＣＤという周期で反復している。パターンのフーリエ級数表現は、周波数成分ｋｎ，ｍ＝２П（ｎｘ／Ｐｘ＋ｍｙ／Ｐｙ）を有する。ＣＤに正規化された対応する空間周波数は、ＣＤ／Ｐｘ＝０．０８３およびＣＤ／Ｐｙ＝０．２であり、干渉リソグラフィにより支持される（ｎ，ｍ）の現在の実際的に実現可能な最大値は、（１１，５）である。即ち、ｎｍａｘ＝Ｉｎｔ（２ＰｘＣＤ／λｌ）＝Ｉｎｔ（ＰｘｋＩＬ）であり、ここで、Ｉｎｔ関数は、引数の整数部を戻す。プリズム７１は、周波数のすべてを、ｗｔｉｌｔ＝０．５だけ傾けるように選択された。従って、高空間周波数フーリエ成分、例えば、ｍ＝３、４は、レンズ３３の集束円錐にシフトされる。干渉光学、例えば、図７のミラー４５〜４８により導入されるバイアスｗＩＬは、２ｗＩＬ＝ｗｔｉｌｔであり且つオフセットされた傾きが干渉光学により追加されるバイアスをちょうど相殺するように選択された。
【０１１０】
続けて図１３を参照して、左下のパネルは、レンズＮＡが０．７であるの場合の同様の計算を示す。おもしろいことに、パターンの一番左側および右側のエッジは、ＮＡがより大きい場合はより多く膨らんでいるが、下側の特徴の中心にあるつまみは、より大きいＮＡではより不十分に規定される。これは主に、この特徴が、干渉露光または結像光学露光のいずれかにより最適には供給されない、ｘ方向のより高い空間周波数成分を必要とするからである。これは、右上のパネルにおいて改善され得る。この右上のパネルは、この露光をより満足のいくように規定するために必要な空間周波数を提供するために１回は同じｗｔｉｌｔ＝０．５だけｙにバイアスされ、１回は同じ量だけｘにバイアスされた２回の結像干渉露光を、非コヒーレントに照射された標準の光学露光とともに用いた結果を示す。これらの露光はすべて、０．４のレンズＮＡであった。明らかに、つまみは、この露光の場合の方がより良く規定されている。水平方向の棒の起伏は、より低い周波数成分が、厳密に正しい振幅および位相で存在しないために起こる。これらの成分は、結像干渉露光の各々（方程式１９の第２の項）および光学露光から生じる。ほとんどの実際的なマイクロエレクトロニクスパターンは、必ず両方の方向に小さい特徴を有し、２回の干渉露光が必要である可能性が高い。右側の真ん中のパネルは、伝統的な光学露光の代わりに１回の低周波数干渉露光（λ／Ｐｘの周波数）を用いた結果を示す。この結果は、前のパネルと非常に類似しているが、必要とされる露光ははるかに単純である。最後に、右下のパネルは、λ／Ｐｘでの１回の干渉露光とともに、ＮＡ＝０．７のレンズを用いた２回の結像干渉露光を使用した場合の像の計算を示す。この結果は、左上に示された可能な最良のパターンにほぼ匹敵するが、３回の露光しか必要とせず、マイクロエレクトロニクス処理の完全な複雑さに匹敵する。これらの実施例は、結像干渉露光と伝統的な結像露光との組み合わせにより可能にされる柔軟性を示す役割を果たす。所望の結果に到達するための方法は多数ある。
【０１１１】
非常に重要なことに、結像干渉露光は、構造の周期的なアレイに制限されない。これは、非反復性のフィールドストップを結像する以前の実施例により明らかに実証される。いかなる任意のパターンも、フーリエ級数として示され得、ここで、反復周期は、露光フィールドである。典型的なＵＬＳＩスケールの場合、これは、含まれなければならないフーリエ成分が非常に多数ある（例えば、潜在的には、１億のオーダ）ことを意味する。明らかに、これは、個々のフーリエ成分が別個に露光される場合は非現実的であるが、多数の周波数成分を扱う結像光学の能力と、高空間周波数を可能にする干渉法の能力とを組み合わせる結像干渉露光の場合問題ではない。
【０１１２】
最適化のための幾つかの可能性が、本発明のコンテキストにおいてさらに探求され得る。例えば、露光全体が幾つかの副露光に分けられる場合、これらの露光の相対強度を調整することが、簡単な手順になる。さらに、結像干渉露光は、２つの（または、おそらくそれ以上の）光路を必要とし、ここでも、これらの光路の光ビームの強度を調整することが可能である。さらに、説明された最後の２つのパネルが示すように（図１３）、様々な副露光間でレンズＮＡを調整することが有利である場合もある。即ち、非コヒーレントな光学露光の場合のレンズＮＡは、単純な干渉露光において使用される単一の周波数成分だけを通す点まで低減されている。干渉露光の２つのビーム強度は、等しいものと考えられ、各露光の強度はまた、結像露光のすべてについて等しかった。単純な干渉露光（即ち、ちょうど２本のビームのみ、および、各アームにフィールドストップ開口）の場合、強度は、所望のパターンへの、非常に定性的な最良の適合を提供するように調整された。
【０１１３】
任意の像を規定するために必要とされるマスクを特定および製造するための手順を特定することが残っている。尚、異なる周波数空間領域は、完全な像を形成するために異なるサブマスクを必要とするため、今の場合、これは、一連のサブマスクである。サブマスクの総数は、とりわけ像の空間周波数内容、露光に使用される光学システムのＮＡ、および、必要とされる像忠実度により決定される。上で概説された数学により、機能的な設計装置が得られる。しかし、実際のＵＬＳＩパターンの複雑さにより、これは、困難なタスクになる。原則として、再現される空間周波数の数は、画像中の画素数と同じであり得、２×３ｃｍ２の像および０．１８マイクロメートルのＣＤの場合、２×１０１０！もの数であり得る。
【０１１４】
次に図１２を参照して、別のアプローチは、光学を使用して、パターンを完全に規定する元のマスクからマスクを生成することである。セリフ、ヘルパーバー、または位相シフトなどのいかなる解像度の増大もない例えば、電子ビーム直接書き込みパターニング、の現在のマスク作製手順により書き込まれた完全なパターンマスク（８１）は、非コヒーレント光により照射される。マスクの後ろには、図１１のプリズムと機能が類似した、既存の波面を傾けるプリズム（８２）がある。あるいは、図１１Ｂのように、プリズム（８２）は、マスク８１の前に配置される。これは、光学システム（レンズ３３および３４）により結像された空間周波数においてバイアスｗｂｉａｓを導入する。ウエハ面での強度パターンは、以下の式により表される。
【０１１５】
【数１９】
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ウエハを結像する代わりに、この強度パターンは、マスクブランク（８３）を露光するために使用され得る。マスクブランク（８３）は後に、サブマスクを形成するために現像およびパターニングされる。これはまさに、必要とされるフーリエ成分をウエハで生成するために好ましくは図１１の構成において使用され得るサブマスクである。以下の関係を満たすと、ウエハ面での適切な空間周波数の生成が容易にされることを示すことは簡単である。
（２２）       ２ｗ＝ｗｂｉａｓ
図１４は、実験とモデル化との優れた一致を示すことにより、モデル化を有効にする上記方法および装置を用いて例示的に実施したものを示す。この結果は、上記発明が、所定のレンズシステムについての解像度の劇的な向上につながることを明らかに示す。これらの実験に関して、発明者らは、安価な色消し複レンズを使用した。比較的収差のない像を保証するために、レンズは、わずか０．０４のＮＡにされた。パターンは、入れ子状の５つの「Ｌ」を含み、中心の特徴は、細長くなって、分離された線を提供し、１０×１０ＣＤ２の大きい箱形が、密集した線にすぐ隣接している。大きく露光された像を提供するために、反復パターンは４０ＣＤずつ分離され、散乱光の効果についての厳格なテストを提供した。このビューグラフ（ｖｉｅｗｇｒａｐｈ）から、特徴は、２μｍＣＤである。
【０１１６】
左上のパネルは、従来の像の結果（コヒーレントな照射）を示す。上記ＣＤでの小さい特徴（高空間周波数）は、解像されない。左下のパネルは、モデル化の結果を示す。非常によく一致している。
【０１１７】
上側の真ん中のパネルは、１回の露光はｘ方向、第２の露光はｙ方向、という２回の連続したオフセット露光の結果を示す。密集したライン：スペースパターンに対応する高空間周波数情報は捕獲されるが、低周波数情報はない。この場合も、モデル化の結果は、よく一致している。特に、「Ｌ」の角部が、実験と一致した態様で印刷されないことに注目されたい。
【０１１８】
最後に、左側のパネルは、完全な３回の連続した露光の結像干渉リソグラフィ（ＩＩＬ）の結果を示す。完全なパターンが印刷されている。この場合も、モデルと非常によく一致している。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１Ａ】
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【図１１Ｂ】
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【図１２Ａ】
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【図１２Ｂ】
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【図１３】
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【図１４】
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