(57)【要約】【課題】  液浸フォトリソグラフィック装置は現在もっとも解像度の高いフォトリソグラフィック装置であるが、液体を使うことからシステムが複雑になり、さまざまな欠点がある。この湿式液浸フォトリソグラフィック装置を上回る分解能を実現する乾式フォトリソグラフィック装置ができれば、低コストで維持管理もより容易で性能も高い集積回路装置が可能となり、そのような要望が高い。【解決手段】  システムに適当な波長を設定し、波長に適合した、水（純水）よりも高い屈折率をもつ複数の種類の乾式レンズ材料を提供することで解決を図る。【特許請求の範囲】
【請求項１】
液浸フォトリソグラフィック装置を上回る分解能を実現する高屈折率材料を用いたレンズシステムを搭載した乾式フォトリソグラフィック装置。
【請求項２】
請求項１に記載の乾式フォトリソグラフィック装置を波長２４８ｎｍで実現するＹＡＧ（屈折率ｎ＝１．８１）材料のレンズ系を搭載した乾式フォトリソグラフィック装置。
【請求項３】
請求項１に記載の乾式フォトリソグラフィック装置を波長１９３ｎｍで実現するＫＤＰ（屈折率ｎ＝１．６３）材料またはＤＫＤＰ材料のレンズ系を搭載した乾式フォトリソグラフィック装置。
【請求項４】
請求項１に記載の乾式フォトリソグラフィック装置を波長１９３ｎｍで実現するＡＤＰ（屈折率ｎ＝１．６６）材料のレンズ系を搭載した乾式フォトリソグラフィック装置。
【請求項５】
請求項１に記載の乾式フォトリソグラフィック装置を波長１９３ｎｍで実現するＢＢＯ（屈折率ｎ＝１．７５）材料のレンズ系を搭載した乾式フォトリソグラフィック装置。
【請求項６】
請求項１に記載の乾式フォトリソグラフィック装置を波長１９３ｎｍで実現するＬＢＯ（屈折率ｎ＝１．６０）材料のレンズ系を搭載した乾式フォトリソグラフィック装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】本発明は、開口率を１より大きくとることができる高解像度・乾式フォトリソグラフィック装置及びデバイス製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】１９７０年前後から現在にいたるまで半導体チップは１年半ごとに集積回路のトランジスタ数の実装密度が２倍になってきていた。カリフォルニア大学教授のカーバー・ミードはインテルのゴードン・ムーアの発言にからめて、これを“ムーアの法則”と名付けた。回路の実装密度が高くなれば、エネルギー消費は減少し、動作速度も早くなり、より高集積度の電子回路製造業は大きなビジネスになってきたので、ムーアの法則にそって、技術革新が進んできた。【０００３】この技術革新の中心的担い手となってきたのがフォトリソグラフィ技術でこれはシリコンやガリウムヒ素等の半導体ウエハー上に遠心力を利用したスピンコーターなどによってフォトレジストと呼ばれる感光有機物質を塗布し、ステッパーと呼ばれる露光装置を用いて、レクチルと呼ばれるフォトマスクに描かれた素子・回路のパターンを焼き付ける技術である。【０００４】フォトリソグラフィにおいて、集積度を決定する分解能は概ね露光系の最小線幅Ｆ（またはＣＤ  ｃｒｉｔｉｃａｌ  ｄｉｍｅｎｓｉｏｎとも呼ぶ）は露光につかう波長λに比例し、開口率ＮＡに反比例することが知られている。すなわち、
2010232621.tif 000002
と表される。ここにλは光源の波長、ＮＡは開口率、ｋは装置のデザインに依存する量でｋファクターと呼ばれ１以下でその値は０．４の場合が多い（０．６１を使っている文献もある）。
さらにこの開口率は光学レンズの直径Ｄが大きく、また、焦点深度が短いほどよく、近似的に
2010232621.tif 000003
と表せることがレンズの幾何学から導ける。ここにｎはレンズの屈折率、ｆは像の焦点距離である。開口率は文字通り、レンズが大きく、焦点距離が短ければ、大きくなり線幅を小さくする事が可能となる。同時に開口率はレンズの屈折率にも比例する。ところが屈折率ｎは波長依存性があるので開口率ＮＡも波長依存性をもつ。
光源の波長λを露光系の最小線幅Ｆの比をとった量は実効的な解像度の情報となる。光学レンズの直径Ｄが焦点距離の２倍の場合は開口率ＮＡ＝屈折率ｎとなる。開口率をいかに大きくとれるかがフォトリソグラフィの性能をいかにあげるかの要となる。【０００５】最小線幅Ｆを小さくするには光源の波長を下げるか、屈折率を上げるか、あるいは其の比率を小さくすることが望ましく、ムーアの法則の期待に沿って様々な努力が行われてその都度、研究者は困難な技術的問題を克服してきたが、最初の挫折は波長１５７ｎｍ（Ｆ２エキシマレーザー）の光源でフッ化カルシウム製のレンズを採用しようとした計画であった。ムーアの法則が破れたかに見えた。【０００６】解決案として屈折率を上げる観点から、“液浸リソグラフィー”という古くて新しい方法が提案された。最初の発見者は１６６年前にイタリアの物理学者のアミーチ（Ｇｉｏｖａｎｎｉ  Ｂａｔｔｉｓｔａ  Ａｍｉｃｉ）であった。顕微鏡の試料に水滴をたらすと解像度が向上したのだった。以後、リソグラフイーに水滴を用いるアイデアは米国特許ＵＳ３６４８５８７（１９７２，Ｓｔｅｖｅｎｓ）に始まり、アメリカに於いても１００を越える関連特許が認められていることが、ＵＳ７，５０８，４９０（２００９，ｎａｇａｓａｋａ）で引用されている。“液浸リソグラフィー”の明るい道が開けたのは２００２年、ＴＳＭＣ社（台湾）のバーン  リン（Ｂｕｒｎ  Ｌｉｎ）が波長１５７ｎｍではなく、すでにＴＳＭＣ社で開発のすすんでいた１９３ｎｍの装置で液浸リソグラフィーの導入を提案したことがきっかけとなった。屈折率は光源の波長の大きさに依存する。水の屈折率は波長１５７ｎｍの光に対しては波長が短すぎて、波長１９３ｎｍでも微妙な領域であったことが液浸リソグラフィーの進展が遅れる事となった原因と考えられる。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】波長１９３ｎｍ（ＡｒＦエキシマレーザー）の光源に対する水の屈折率は１．４４で、水（純水）の屈折率はそれまでに使われていた物質の中では最高のものであった。ところが一方で液体を使っている事から、レジストが濡れてしまう等による様々な問題点が次々とあきらかになり、これらに対処するさまざまな発明がなされた。また、さらに屈折率をあげるための不純物の添加やあるいはグリセリン（屈折率１．６＜ｎ＜２．５）や油等なども提案されたが、システムがさらに複雑になったり汚染したりする欠点は免れていない。これらの“液浸リソグラフィー”はウエット（Ｗｅｔ）方式と呼ばれる。ウエット方式は液体をもちこむことによる複雑さとその操作性や維持性が大きな問題となる。【０００８】液体を使用しないで通常のレンズを使う方式はドライ（Ｄｒｙ）方式と呼ばれる。ドライ方式の利点はシステムの構造が単純であることである。逆に欠点はいままで使われていた物質では屈折率が小さいことである。上質のガラスでは２を越える屈折率をもつものまで現れた。また透明伝導膜に使用されているＩＴＯなどは屈折率ｎがｎ＝２．１を越える波長領域もある。しかしいずれも１９３ｎｍの領域では屈折率や透明度が減少し高い屈折率が必要な場所では使用に耐えない。
ただひとつ近年、日立化成工業株式会社が光源波長１９３ｎｍにおいて、ＣａＦ２に着眼している（日立化成テクニカルレポートＮＯ．４８，２００７−１）事例がでてきた。
この例以外は、１９３ｎｍを越える波長のほとんどのものが、この近傍の波長領域での高い屈折率をもつ実用的な物質は乾式リソグラフイーの分野では発見されていなかった。
【課題を解決するための手段】
【０００９】光学システムにあった波長を設定し、波長に適合した、水（純水）よりも高い屈折率をもつ乾式レンズ材料を提供することで課題の解決を図る。【００１０】光源となるレーザーの波長は一般にはディスクリート（飛び飛び）で、利用できる波長は数種類に限られている（例えばｉ線（３６５ｎｍ）、ＫｒＦエキシマレーザー（２４８ｎｍ）、ＡｒＦエキシマレーザー（１９３ｎｍ）、Ｆ２エキシマレーザー（１５７ｎｍ）など）。本発明で明らかになるように、この波長をどう選ぶかが高解像度フォトリソグラフィにとってキーポイントとなる。【００１１】まず、リソグラフイーに於ける光源の波長を２４８ｎｍ（ＫｒＦエキシマレーザー）に設定変更するとドライ方式でも新たな展開が可能となる事を指摘する。
この場合、ＹＡＧ（Ｙ３Ａｌ５Ｏ１２）が挙げられる。この波長でのＹＡＧの屈折率ｎ＝１．８１で純水よりも大きい。
光学レンズの直径を焦点距離の２倍とした場合、開口率ＮＡとレンズの屈折率は一致して最小線幅Ｆは光源波長よりも大幅に小さくなり、Ｆ＝５４．８ｎｍと計算される。ここに最小線幅Ｆ値は有効な解像度と考えられるので以下においては此れを有効解像度Ｆとも呼びかえることにする。【００１２】次にＴＳＭＣ（台湾）のバーン  リンが最初に提案したのと同様に、リソグラフイーに於ける光源の波長を１９３ｎｍ（ＡｒＦエキシマレーザー）に変更するとドライ方式でもさらに新たな展開が可能となる。
その最初の例として光源波長が１９３ｎｍにおいてＫＤＰ（ｐｏｔａｓｓｉｕｍ  ｄｉｈｙｄｒｏｇｅｎ  ｐｈｏｓｐｈａｔｅ，ＫＨ２ＰＯ４）は屈折率ｎ＝１．６３である。ＫＤＰはレーザー分野で使用されている結晶である。この時の有効解像度ＦはＦ＝４７．４ｎｍである。
この時１９３ｎｍの光の透過率は約８０％である。ＤＫＤＰ（Ｐｏｔａｓｓｉｕｍ  Ｄｉｄｅｕｔｅｒｉｕｍ  Ｐｈｏｓｐｈａｔｅ，ＫＤ２ＰＯ４）もこれに準じる値を持つ。【００１３】同じく光源波長が１９３ｎｍにおいてＡＤＰ（ａｍｍｏｎｉｕｍ  ｄｉｈｙｄｒｏｇｅｎ  ｐｈｏｓｐｈａｔｅ  ＮＨ４Ｈ２ＰＯ４）は屈折率ｎ＝１．７５である。ＡＤＰもレーザー分野で使用されている結晶である。また有効解像度ＦはＦ＝４６．５ｎｍである。この時１９３ｎｍの光の透過率は約８０％である。【００１４】同じく光源波長が１９３ｎｍにおいてＢＢＯ（β−Ｂａｒｉｕｍ  Ｂｏｒａｔｅ  ＮＨ４Ｈ２ＰＯ４）は屈折率ｎ＝１．７５である。ＢＢＯもレーザー分野で使用されている結晶である。また有効解像度ＦはＦ＝４４．０ｎｍである。この時１９３ｎｍの光の透過率は約８０％である。【００１５】同じく光源波長が１９３ｎｍにおいてＬＢＯ（Ｌｉｔｈｉｕｍ  Ｔｒｉｂｏｒａｔｅ  ＬｉＢ３Ｏ５）は屈折率ｎ＝１．６０である。ＬＢＯもレーザー分野で使用されている結晶である。また有効解像度ＦはＦ＝４８．３ｎｍである。この時１９３ｎｍの光の透過率は約８０％である。