(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１の格子対称性と第１の最近隣接距離とを有する、所望されている二次元の周期的なフィーチャパターンを感光性層に印刷する方法であって、
ａ）少なくとも２つの重畳する周期的なフィーチャサブパターンから成るマスクパターンを有するマスクを提供し、当該フィーチャサブパターンはそれぞれ、第２の格子対称性と第２の最近隣接距離とを有しており、各サブパターンの前記フィーチャは、少なくとも１つの透過性材料内または透過性材料上に形成され、
ｂ）前記感光性層を有する基板を提供し、
ｃ）前記マスクを前記基板に対して平行に、かつ間隙を伴って配置し、
ｄ）コリメートされた光を提供し、当該光は前記マスクパターンを照明して、透過された光領域を形成するための中心波長とスペクトルバンド幅とを有しており、前記光領域内では、前記中心波長の光が、Ｔａｌｂｏｔ平面間の横方向強度分布の範囲を形成し、
ｅ）前記間隙の維持または変位距離分の前記間隙の変化の間に前記マスクパターンを前記光によって照明し、ここで前記感光性層を、前記所望されているパターンを印刷する、横方向強度分布の範囲の平均にさらし、
前記間隙を前記スペクトルバンド幅および前記第２の最近隣接距離に対応して調整し、前記照明の間維持するか、または、前記中心波長および前記第２の最近隣接距離に関連した変位距離分だけ前記照明の間に変化させ、
前記サブパターンを形成して、各サブパターンによって透過される光の位相を、少なくとも１つの他のサブパターンによって透過される光に対して相対的にシフトさせ、
前記第２の最近隣接距離を前記中心波長に関連して選択して、前記透過された光領域内に一次の回折次数を形成し、
前記第１の最近隣接距離は、前記光によって振幅マスクが照明されるＡＴＬまたはＤＴＬを使用して印刷可能な最小の最近隣接距離よりも小さい、
ことを特徴とする、第１の格子対称性と第１の最近隣接距離とを有する、所望されている二次元の周期的なフィーチャパターンを感光性層に印刷する方法。
【請求項２】
前記所望されているパターンは、強度ピークの周期的なパターンであり、
前記強度ピークは、ハチの巣状の第１の格子対称性と第１の最近隣接距離を有しており、
前記最近隣接距離は、前記中心波長よりも短く、
前記マスクパターンは、第１のサブパターンと第２のサブパターンと第３のサブパターンとから成り、前記第１のサブパターンと前記第２のサブパターンと前記第３のサブパターンとの結合されたフィーチャは、六角形の格子に配置され、前記サブパターンの各々は、前記六角形の第２の格子対称性と第２の最近隣接距離とを有しており、
前記第２の最近隣接距離は前記第１の最近隣接距離の√３倍であり、
前記第２のサブパターンによって透過される光と前記第３のサブパターンによって透過される光の位相はそれぞれ、前記第１のサブパターンによって透過される光に対して５４°及び１０８°シフトされる、請求項１記載の方法。
【請求項３】
前記所望されているパターンは、強度ピークの周期的なパターンであり、
前記強度ピークは、六角形の第１の格子対称性を有しており、
前記マスクパターンは、第１のサブパターンと第２のサブパターンと第３のサブパターンとから成り、前記第１のサブパターンと前記第２のサブパターンと前記第３のサブパターンとの結合されたフィーチャは、六角形の格子に配置され、前記各サブパターンは、前記六角形の第２の格子対称性と第２の最近隣接距離とを有しており、
前記第２の最近隣接距離は前記第１の最近隣接距離の√３倍であり、
前記第２のサブパターンと第３のサブパターンによって透過される光の位相はそれぞれ、前記第１のサブパターンによって透過される光に対して１２０°及び２４０°シフトされる、請求項１記載の方法。
【請求項４】
前記所望されているパターンは、強度ピークの周期的なパターンであり、
前記強度ピークは、六角形の第１の格子対称性を有しており、
前記マスクパターンは、第１のサブパターンと第２のサブパターンとから成り、前記第１のサブパターンと前記第２のサブパターンとの結合されたフィーチャは、ハチの巣状の格子に配置され、前記各サブパターンは、前記ハチの巣状の第２の格子対称性と第２の最近隣接距離とを有しており、
前記第２の最近隣接距離は前記第１の最近隣接距離の√３倍であり、
前記第２のサブパターンによって透過される光の位相は、前記第１のサブパターンによって透過される光に対して６０°シフトされる、請求項１記載の方法。
【請求項５】
前記所望されているパターンは、強度ピークの周期的なパターンであり、
前記強度ピークは、ハチの巣状の第１の格子対称性を有しており、
前記マスクパターンは、第１のサブパターンと第２のサブパターンとから成り、前記第１のサブパターンと前記第２のサブパターンとの結合されたフィーチャは、ハチの巣状の格子に配置され、前記各サブパターンは、前記ハチの巣状の第２の格子対称性と第２の最近隣接距離とを有しており、
前記第２の最近隣接距離は前記第１の最近隣接距離の√３倍であり、
前記第２のサブパターンによって透過される光の位相は、前記第１のサブパターンによって透過される光に対して１８０°シフトされる、請求項１記載の方法。
【請求項６】
前記所望されているパターンは、強度ピークの周期的なパターンであり、
前記強度ピークは、正方形の第１の格子対称性を有しており、
前記マスクパターンは、第１のサブパターンと第２のサブパターンと第３のサブパターンと第４のサブパターンとから成り、前記第１のサブパターンと前記第２のサブパターンと前記第３のサブパターンと前記第４のサブパターンとの結合されたフィーチャは、正方形の格子に配置され、前記各サブパターンは、前記正方形の第２の格子対称性と第２の最近隣接距離とを有しており、
前記第２の最近隣接距離は前記第１の最近隣接距離の２倍であり、
前記第２のサブパターン、第３のサブパターン、第４のサブパターンによって透過される光の位相はそれぞれ、前記第１のサブパターンによって透過される光に対して９０°、１８０°および２７０°シフトされる、請求項１記載の方法。
【請求項７】
前記所望されているパターンは、強度ピークの周期的なパターンであり、
前記強度ピークは、正方形の第１の格子対称性を有しており、
前記マスクパターンは、第１のサブパターンと第２のサブパターンと第３のサブパターンと第４のサブパターンとから成り、前記第１のサブパターンと前記第２のサブパターンと前記第３のサブパターンと前記第４のサブパターンとの結合されたフィーチャは、正方形の格子に配置され、前記各サブパターンは、前記正方形の第２の格子対称性と第２の最近隣接距離とを有しており、
前記第２の最近隣接距離は前記第１の最近隣接距離の２倍であり、
前記第２のサブパターン、第３のサブパターンおよび第４のサブパターンによって透過される光の位相はそれぞれ、前記第１のサブパターンによって透過される光に対して９０°、９０°および１８０°シフトされる、請求項１記載の方法。
【請求項８】
前記所望されているパターンは、連続線のメッシュを含んでいる周期的なパターンであり、
前記メッシュは正方形の第１の格子を有しており、
前記マスクパターンは、第１のサブパターンと第２のサブパターンと第３のサブパターンと第４のサブパターンとから成り、前記第１のサブパターンと前記第２のサブパターンと前記第３のサブパターンと前記第４のサブパターンとの結合されたフィーチャは、正方形の格子に配置され、前記各サブパターンは、前記正方形の第２の格子対称性と第２の最近隣接距離とを有しており、
前記第２の最近隣接距離は前記第１の最近隣接距離の２倍に相当し、
前記第２のサブパターン、第３のサブパターン、第４のサブパターンによって透過される光の位相はそれぞれ、前記第１のサブパターンによって透過される光に対して９０°、１８０°および２７０°シフトされる、請求項１記載の方法。
【請求項９】
前記所望されているパターンは、強度ピークの周期的なパターンであり、
前記強度ピークは、六角形の第１の格子対称性を有しており、
前記マスクパターンは、第１のサブパターンと第２のサブパターンと第３のサブパターンとから成り、前記第１のサブパターンと前記第２のサブパターンと前記第３のサブパターンとの結合されたフィーチャは、三角形−六角形−ハチの巣状の格子に配置され、前記各サブパターンは、前記三角形−六角形−ハチの巣状の第２の格子対称性と第２の最近隣接距離とを有しており、
前記第２の最近隣接距離は前記第１の最近隣接距離の√３倍であり、
前記第２のサブパターンおよび第３のサブパターンによって透過される光の位相はそれぞれ、前記第１のサブパターンによって透過される光の位相に対して１２０°および２４０°シフトされる、請求項１記載の方法。
【請求項１０】
前記所望されているパターンは、強度ピークの周期的なパターンであり、
前記強度ピークは、正方形の第１の格子対称性を有しており、
前記マスクパターンは、第１のサブパターンと第２のサブパターンとから成り、当該各サブパターンは正方形の第２の格子対称性を有しており、相互にオフセットされて、前記第１のサブパターンと前記第２のサブパターンの結合されたフィーチャは、アスペクト比２：１を有する長方形の格子に配置され、
前記第２の最近隣接距離は、前記第１の最近隣接距離の２倍に相当し、
前記第２のサブパターンによって透過される光の位相は、前記第１のサブパターンによって透過される光に対して９０°シフトされる、請求項１記載の方法。
【請求項１１】
前記サブパターンのフィーチャは付加的に、不透明な材料の層内の開口部として形成されている、請求項１記載の方法。
【請求項１２】
第１の格子対称性と第１の最近隣接距離とを有する、所望されている、二次元の周期的なフィーチャパターンを感光性層に印刷する装置であって、当該装置は、
ａ）マスクを含んでおり、当該マスクは、少なくとも２つの重畳する周期的なフィーチャサブパターンから成るマスクパターンを有しており、前記各フィーチャサブパターンは第２の格子対称性と第２の最近隣接距離とを有しており、各サブパターンの前記フィーチャは、少なくとも１つの透過性材料内または少なくとも１つの透過性材料上に形成され、
ｂ）感光性層を備えた基板を含んでおり、
ｃ）前記マスクを前記基板に対して平行に、かつ間隙を伴って配置する手段を含んでおり、
ｄ）コリメートされた光を提供する手段を有しており、当該光はマスクパターンを照明して、透過された光領域を形成するための中心波長とスペクトルバンド幅を有しており、前記光領域内では、前記中心波長の光は、Ｔａｌｂｏｔ平面間の横方向強度分布の範囲を形成し、
ｅ）前記間隙の維持または、変位距離分だけの前記間隙の変化の間、前記マスクパターンを前記光によって照明する手段を有しており、それによって前記感光性層は、前記所望されているパターンを印刷する、横方向強度分布の範囲の平均にさらされ、
前記間隙は前記スペクトルバンド幅および前記第２の最近隣接距離に対応して調整され、照明の間維持されるか、または前記中心波長および前記第２の最近隣接距離に関連した変位距離分だけ照明の間に変化され、
前記サブパターンが形成されて、各サブパターンによって透過される光の位相が、少なくとも１つの他のサブパターンによって透過される光に対して相対的にシフトされ、
前記第２の最近隣接距離は前記中心波長に関連して選択されて、前記透過された光領域内に一次の回折次数が形成され、
前記第１の最近隣接距離は、前記光によって振幅マスクが照明されるＡＴＬまたはＤＴＬを使用して印刷可能な最小の最近隣接距離よりも小さい、
ことを特徴とする、第１の格子対称性と第１の最近隣接距離とを有する、所望されている、二次元の周期的なフィーチャパターンを感光性層に印刷する装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、一般的に、マイクロ構造およびナノ構造の製造に使用されているフォトリソグラフィの分野に関する。さらに、本発明は特に、Ｔａｌｂｏｔ効果または自己結像（self-imaging）に基づくフォトリソグラフィの分野に関する。
【０００２】
リソグラフィを用いた製造によって、表面上にマイクロパターンおよびナノパターンを形成することが可能になる。フォトリソグラフィ技術は、これを、感光表面を所望のパターンに相応する強度分布を伴った光領域に露光させることによって実現する。この感光表面は通常、フォトレジスト等の感光性材料の薄い層であり、これは直接的に基板表面上にコーティングされるか、または間接的に他の材料の中間層を介してコーティングされる。露光の結果、フォトレジスト層内に生じる化学的または物理的な変化は、基板の材料または他の材料の中間層内で所望のパターンを得るために、後続のプロセスにおいて使用される。最も一般的に使用されるフォトリソグラフィ技術では、マスク内で画定されたパターンイメージが、光学システムを用いて、基板表面上に投影される。このような従来の技術において使用されるマスクは一般的に、パターンフィーチャが透明基板上の不透明材料（通常はクロム）の層内の開口領域として画定されている振幅マスクである。代替的に位相シフトマスク（ＰＳＭ）が使用される。この位相シフトマスク内では、パターンフィーチャが、特定の厚さの材料または材料内の陥凹部の深さを用いて画定されており、これらのフィーチャを通る光の伝播は、他の伝播光に関して、位相においてシフトされる。これらはその後、所望のパターンを形成するためにイメージ面において相互に干渉する。プロジェクション、コンタクト、プロキシミティまたは従来のＴａｌｂｏｔリソグラフィにおいて使用されるＰＭＳの場合には、マスクによって透過される全ての回折次数間の干渉を考慮することによってマスクがデザインされる。一次元パターンの場合には、ＰＳＭは、振幅マスクに比べて、印刷可能な最小周期を、２ファクター低減することができる。これは主に、０次回折ビームを抑制することによって実現される。これによって、１次回折ビームとのその干渉によって生じる強度変調が除去される。
【０００３】
多くの用途では、パターンは、１次元または２次元で繰り返すパターンフィーチャのセル、すなわち周期的なパターンを含むことが必要とされる。このようなパターンをマスクから基板上に移すための特別なフォトリソグラフィ技術は、Ｔａｌｂｏｔ効果に基づいている。マスク内で画定された周期的なパターンに、単色光のコリメートされたビームが照射されると、透過される光領域内の回折次数は、マスクからいわゆるＴａｌｂｏｔ平面内への規則的な間隔で、パターンの「自己結像」を再構築する。自己結像のこのような間隙ＳはＴａｌｂｏｔ間隔として知られ、照明波長λとパターン周期Ｐに、
【数１】
0005901643.tif 000002
によって関連する。
【０００４】
Ｐ＞＞λの場合（すなわち、光が比較的小さい角度で回折される場合）に、この式が良好な正確さを有するのに対し、Ｐの振幅がλに近づくほど、近似しない。フォトレジストコーティングされた基板をこれらの面のうちの１つに配置すると、フォトレジスト内にマスクパターンがプリントされる（例えば、Ｃ．Ｚａｎｋｅ等著「Ｌａｒｇｅ  ａｒｅａ  ｐａｔｔｅｒｎｉｎｇ  ｆｏｒ  ｐｈｏｔｏｎｉｃ  ｃｒｙｓｔａｌｓ  ｖｉａ  ｃｏｈｅｒｅｎｔ  ｄｉｆｆｒａｃｔｉｏｎ  ｌｉｔｈｏｇｒａｐｈｙ」Ｊ．Ｖａｃ．Ｓｃｉ．Ｔｅｃｈｎｏｌ．Ｂ２２、３３５２（２００４）を参照）。さらに、自己結像面間の中間距離で、Ｔａｌｂｏｔサブイメージが形成される。Ｔａｌｂｏｔサブイメージは、マスク内のパターンと比べてより高い空間周波数を有する。これは、フォトレジストコーティングされた基板をこれらの部分Ｔａｌｂｏｔ平面のうちの１つに配置することによって印刷されるだろう。これらの技術を用いて得られる印刷結果は、マスクパターンのデューティサイクル（すなわちフィーチャ周期一部としてのフィーチャの寸法）が、Ｔａｌｂｏｔまたは部分Ｔａｌｂｏｔ平面内に強度分布の強いコントラストが作成されるように選択されると、改善される（米国特許第４３６０５８６号を参照）。これは、Ｔａｌｂｏｔイメージのコントラストがさらに、位相シフト材料を用いたマスク内に周期的なパターンを作成することによって強められる従来技術においても知られている。Ｔａｌｂｏｔ結像を使用するフォトリソグラフィは、特に、このようなパターンに対して、従来のプロジェクションタイプのフォトリソグラフィシステムの高いコストを考えれば、高解像度の周期パターンを形成するのに有利である。
【０００５】
しかし、Ｔａｌｂｏｔ技術の主要な欠点は、自己結像とサブ結像の強度分布が、マスクからの間隔の影響を極めて受けやすい、ということである。すなわち、これらは、極めて狭い被写界深度を有している。これは、パターンを正確に印刷するために、マスクに対して基板が極めて正確に配置される必要がある、ということを意味している。これは、格子周期が低減されるほど、困難になる。なぜなら、自己結像およびサブ結像の被写界深度は、パターン周期の二乗に依存するからである。さらに、パターンが、それほど平らでない基板表面上に印刷される必要がある場合、または、トポグラフィ構造がその表面上にある場合、またはパターンが薄いフォトレジスト層内に印刷される必要がある場合には、所望の結果を得るのは困難であろう。
【０００６】
無彩色Ｔａｌｂｏｔリソグラフィが近年、低コストに高解像度の周期的なパターンを印刷する新たな方法として導入された（Ｈ．Ｈ．Ｓｏｌａｋ等著「Ａｃｈｒｏｍａｔｉｃ  Ｓｐａｔｉａｌ  Ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ  Ｍｕｌｔｉｐｌｉｃａｔｉｏｎ：Ａ  Ｍｅｔｈｏｄ  ｆｏｒ  Ｐｒｏｄｕｃｔｉｏｎ  ｏｆ  Ｎａｎｏｍｅｔｅｒ−Ｓｃａｌｅ  Ｐｅｒｉｏｄｉｃ  Ｓｔｒｕｃｔｕｒｅｓ」Ｊ．Ｖａｃ．Ｓｃｉ．Ｔｅｃｈｎｏｌ．２３、ｐｐ．２７０５−２７１０（２００５）および米国特許出願第２００８／０１８６５７９号を参照）。これは、リソグラフィ用途に対して２つの甚大な利点を提供する：第１に、これは、従来のＴａｌｂｏｔ方法を使用することで生じる被写界深度問題を解決する。第２に、多くのパターンタイプの場合に、空間周波数倍増を行う。すなわち、これは、マスク内のパターンの解像度に比べて、印刷されるフィーチャの解像度を高める。無彩色Ｔａｌｂｏｔリソグラフィ（ＡＴＬ）では、マスクは、広いスペクトルバンド幅を有する光源からのコリメートされたビームによって照射され、マスクからある程度の間隔を超えて、透過された光領域はいわゆる静止イメージを形成する。この静止イメージの強度分布は、さらに間隔が増しても変化しない。これが生じているマスクからの最小距離ｄｍｉｎは、マスク内のパターン周期Ｐおよび照明のスペクトルバンド幅Δλに
【数２】
0005901643.tif 000003
によって関連している。
【０００７】
この距離を超えて、異なる波長に対するＴａｌｂｏｔイメージ面は、継続的に、静止イメージを形成するマスクからの距離が増大するとともに、分配される。従って、フォトレジストコーティングされた基板をこの領域内に配置することによって、基板は、特定の波長に対して連続したＴａｌｂｏｔ平面間に形成される横方向での強度分布の全領域に曝される。従って基板上に印刷されたパターンは、この横方向強度分布のこの領域の平均または積分である。これは、実質的に、マスクに対する基板の縦方向の変位に影響されない。従ってこの技術は、従来のＴａｌｂｏｔ結像の場合よりも深い被写界深度を可能にし、従来のプロジェクション、プロキシミティまたはコンタクトプリンティングよりもより深い被写界深度を可能にする。
【０００８】
特定のマスクパターンからのＡＴＬイメージ内の強度分布は、マスクを通るおよびマスク後の電磁波の伝播をシミュレートするモデリングソフトウェアを用いて定められるであろう。このようなシミュレーションツールは、たとえば、基板表面での特定の印刷されたパターンを得るために、マスク内のパターンのデザインを最適化するために使用される。
【０００９】
ＡＴＬ方法は主に、少なくとも１つの方向において一定の周期で繰り返されるユニットセルを含んでいる周期的なパターンを印刷するために開発されてきた。しかしこの技術は、その周期が空間的に充分に「緩慢に」、段階的にマスクを横切って変化するパターンに対しても首尾良く使用されるであろう。従って静止イメージの特定の部分を形成する回折次数が、マスクの一部によって形成される。ここで周期は実質的に一定である。このようなパターンは、たとえば、準周期的とされる。
【００１０】
ＡＴＬの欠点は、マスクと基板との間に必要とされる間隙が不都合に大きくならないようにするために、顕著なスペクトルバンド幅を有する光源を必要とする、ということである。マスクから伝播する異なる回折次数の角度ダイバージェンスは、基板表面での回折次数の間に空間的なオフセットを生じさせ、これによってパターンエッジで不完全なイメージ再構築が生じてしまう。これは間隙が増すにつれてより悪くなる。すなわち、回折次数のエッジでのフレネル回折は、印刷されたパターンのエッジの質も下げてしまう。このような理由で、比較的小さいスペクトルバンド幅を有するレーザ源は多くの場合に、ＡＴＬに適していない。
【００１１】
アークランプまたは発光ダイオード等の非レーザ源をＡＴＬに使用する際に困難となるのは、露光ビーム内の高いパワー（生産プロセスにおける高いスループットを保証するため）と良好なビームコリメーション（高コントラストのイメージングを保証し、フィーチャ解像度の損失を少なくするため）との組み合わせを得ることである。このようなソースから良好なコリメーションを得るために、一般的に大きなパワー損失となる出力ビームの空間的なフィルタリングが必要となる。
【００１２】
ＡＴＬ技術の利点は、異なっているが、関している技術を使用して得られるであろう。これは米国特許出願第２００８／０１８６５７９号に開示されている。このスキームでは、マスク内の周期的なパターンが単色光のコリメートされた光で照射され、露光の間、マスクからの基板の距離は、連続するＴａｌｂｏｔ結像面の間の間隙の整数倍に相応する範囲にわたって変化する。これによって、Ｔａｌｂｏｔ平面間の強度分布の平均が、基板上に印刷される。従って、使用されるだろう最小変位は、連続するＴａｌｂｏｔ平面の間隙に等しい（整数＝１の場合）。露光の間のこの変位によって、基板上に印刷されたパターンは、実質的に、ＡＴＬ技術を使用して印刷されたものと同じになる。この変位がたとえば連続的に、または非連続的に、この範囲にわたった複数の非連続的な位置で基板を露光することによって実行されることが開示されている。連続的な変位を使用する場合には、変位の速度は必ず一定であり、これによって、横方向強度分布の所望の平均が得られる。非連続的または段階的な変位を使用する場合には、同様の理由で各非連続位置での露光量は必ず同じであるべきである。一般的な技術は、変位Ｔａｌｂｏｔリソグラフィ（ＤＴＬ）と称されるだろう。
【００１３】
ＡＴＬ技術を使用して基板で形成される平均強度分布とＤＴＬ技術を使用して基板で形成される平均強度分布は、基本的に同じであり、両者はより深い被写界深度と、印刷されるパターンに対するより大きい空間周波数倍増を可能にする。ＤＴＬスキームは、ＡＴＬスキームと比べて、基板とマスクのより小さい間隙で使用可能である。これによって、パターンエッジの質の低下が低減され、光源からの出力のより効果的な利用が可能になる。なぜなら、必要とされるコリメーションの厳密性が低減されるからである。さらに、ＤＴＬ技術は、製造プロセスにとってより有利であるだろうレーザ源の使用を可能にする。このような光源からの光は、ごく僅かな光損失を伴う良好にコリメートされたビームに形成可能である。従って、フィーチャ解像度の損失が最小化され、イメージコントラストが最大化される。
【００１４】
特定のマスクパターンからＤＴＬを使用して印刷されたパターンの構造は、同様にシミュレーションソフトウェアを用いて理論的に画定可能であろう。
【００１５】
米国特許出願第２００８／０１８６５７９号に開示されているＤＴＬ技術は、露光中のマスクに対する基板の縦方向変位が正確にＴａｌｂｏｔ距離の整数倍に相応することを必要とする。この変位がちょうど整数倍である場合には、基板を露光する平均強度分布は基板とマスクの初期の間隙に依存しないので、マスクと基板が正確にフラットかつ平行でない場合であっても、基板上に、パターンフィーチャの均一な露光を形成することができる。他方で例えば、変位アクチュエータの機械的なヒステリシスまたは制限された段階的な解像度のため、または、照明システムによる露光の持続時間と、基板の変位との間の不正確な同期のため、この変位がＴａｌｂｏｔ距離の正確な整数倍ではない場合には、平均強度分布は初期の間隙に依存する。この場合には、マスクと基板が正確にフラットかつ平行でない場合には、フィーチャサイズの空間的な変化が、印刷されるパターン内に導入されてしまう。または、マスクと基板が正確にフラットかつ平行であるが、それらの間隙が異なる基板に対して異なっている場合には、印刷されるフィーチャのサイズは基板ごとに異なってしまう。これらの両者は、あるアプリケーションにとっては問題となるであろう。フィーチャサイズのこれらの変化は、マスクに対する多数のＴａｌｂｏｔ距離による基板の縦方向の変位によって低減されるだろう。しかしこれは、フィーチャ解像度の低減（照明ビームが良くコリメートされてない場合）、フィーチャ形状のゆがみ（変位の方向が正確に縦方向でない場合）、パターンエッジの質の低下（ギャップが過度に大きい場合）等の他の問題を導入する可能性があり、不都合には機械的なシステム内で大きい移動範囲を必要とする。
【００１６】
公開されていない米国特許出願第１２／９０３、３８９は、この制限を克服するための、ＤＴＬ技術の修正を開示している。これによって、露光中の、マスクに対する基板の縦方向の変位が正確に、Ｔａｌｂｏｔ距離の整数倍に相応することを必要とせずに、周期的または準周期的にパターンを均一的かつ再現可能に印刷することが可能になる。
【００１７】
公開されていない米国特許出願第１２／７０６、０８１号は、ＡＴＬおよびＤＴＬ技術の改善を開示しており、ここでは、マスク内のフィーチャの周期的または準周期的なパターンが、照明の角度分布を有しているビームで強く照明される。ここでは照明ビームの各角度成分は、連続したＴａｌｂｏｔ結像面の間に生じる、横方向強度分布範囲まで、フォトレジストを露光する。従って、フォトレジストを露光する、結果として生じる強度分布は、コリメートされた照明を用いて作成された平均強度分布を有する照明ビームの角度分布のコンボリューションに相応する。この方法によって、印刷されるフィーチャの形状のより良好な柔軟性が得られ、周期的なパターンの各ユニットセル内の印刷されるフィーチャの数の増倍、および、少なくとも１つの方向におけるパターン周期の低減も可能になる。しかし後者は、マスク内の透明なフィーチャに対する比較的小さいデューティサイクルを必要とする。これは、製造プロセスに対して短い印刷時間を実現するためにマスクが高い透過率を有する必要がある場合には、不所望なものになり得る。
【００１８】
上述した、公開されていない米国特許出願は本願に参照として組み込まれている。
【００１９】
従来技術および上述した、公開されていない米国特許出願に記載されているその変形に記載されているＡＴＬおよびＤＴＬ技術の制限は、特定のアレイタイプに対して、スペクトルバンド幅が特定の波長にセンタリングされている照明を用いて印刷可能な二次元パターンの非常に小さい周期である。フィーチャが六角形格子に配置されている周期的なパターンの場合には、波長λを有する光を用いてＤＴＬ技術によって印刷される最小の最近隣接距離（すなわち隣接するフィーチャの中心間の距離）ａｍｉｎ、はａｍｉｎ＝２λ／√３＝１．１５λによって表される。正方形格子に配置されているフィーチャを有するパターンの場合には、印刷可能な最少周期Ｐｍｉｎは、Ｐｍｉｎ＝λ√２＝０．７１λによって表される。
【００２０】
従来技術のＡＴＬおよびＤＴＬ技術のさらなる制限は、マスクのコリメートされた照明を用いて印刷可能なアレイおよびパターンタイプの範囲または変化である。
【００２１】
従って、本発明の第１の課題は、ＡＴＬおよびＤＴＬ技術に基づいており、所期の波長にセンタリングされたスペクトルバンド幅を有する照明を用いて、印刷されるパターンの周期を、従来技術で可能なものよりも小さくすることができる、マスク内のパターンから二次元の周期的または準周期的なフィーチャパターンを印刷するための方法および装置を提供することである。
【００２２】
本発明の第２の課題は、付加的に、フィーチャパターンを印刷するのに必要とされる時間を相対的に短くするための、マスクの比較的高い透過性を可能にする方法を提供することである。
【００２３】
本発明の第３の課題は、ＡＴＬおよびＤＴＬ技術に基づいており、従来技術を用いて可能ではない、印刷されるアレイパターン、例えばハチの巣状アレイまたは連続格子またはメッシュ状構造を可能にする、マスク内のパターンから二次元の周期的または準周期的なフィーチャパターンを印刷するための方法および装置を提供することである。
【００２４】
本発明の第４の課題は、ＡＴＬおよびＤＴＬ技術に基づいており、六角形アレイ等のアレイタイプを、従来技術を用いて可能ではない、ハチの巣状アレイ等の異なるアレイタイプから印刷可能にする、マスク内のパターンから二次元の周期的または準周期的なフィーチャパターンを印刷するための方法および装置を提供することである。ここではマスクの製造を容易にする等のある利点が得られる。
【００２５】
本発明の第１の態様では、第１の格子対称性と第１の最近隣接距離を有する所望の二次元の周期的なフィーチャパターンを感光性層に印刷する方法が提供される。この方法は、以下のステップを含む：
ａ）それぞれ第２の格子対称性と第２の最近隣接距離とを有する少なくとも２つの、重畳している周期的なフィーチャサブパターンから成るマスクパターンを具備するマスクを提供する。ここで各サブパターンのフィーチャは少なくとも１つの透過性材料内または透過性材料上に形成されており、
ｂ）感光性層を具備する基板を提供する、
ｃ）基板に実質的に並行に、かつ、基板から間隙を伴ってマスクを配置する、
ｄ）マスクパターンを照明して、透過光領域を生成するための中心波長と、スペクトルバンド幅を有する、実質的にコリメートされた光を提供する。この透過光領域内では、中心波長の光は、Ｔａｌｂｏｔ平面間の横方向強度分布の範囲を形成する、
ｄ）間隙の維持または変位距離分だけのこの間隙の変化の間に、前記光で前記マスクパターンを照明する。ここで感光性層は実質的に、所望のパターンを印刷する、横方向強度分布の範囲の平均に曝される。
【００２６】
ここでこの間隙は、スペクトルバンド幅と第２の最近隣接近隣の距離に従って配置され、照明の間、維持されるか、または変位距離分だけ照明の間に変えられる。この変位距離は、中心波長および第２の最近隣接距離に関係している。ここで、サブパターンが形成され、各サブパターンによって透過される光の位相が、少なくとも１つの他のサブパターンによって透過される光に対してシフトされる。さらにここで第２の最近隣接距離が、中心波長に関連して選択され、一次の回折次数が透過された光領域内で形成される。
【００２７】
ＡＴＬ技術およびＤＴＬ技術の光学的な原理は、プロジェクション光学システムおよびコンタクト光学システムのそれとは大きく異なるので、ＡＴＬおよびＤＴＬとのＰＳＭの使用は、予期していないおよび／または有利な結果を生じさせる。例えば、線形格子のクロムレスＰＳＭと、同じ周期を有する格子の振幅マスクが、従来のプロジェクションシステムを使用して結像される場合、ＰＳＭによって印刷される格子は、振幅マスクによって印刷されるものの周期の半分を有する。他方で、ＤＴＬまたはＡＴＬを使用する場合、ＰＳＭおよび振幅マスクによって印刷されるパターンの周期は同じであり、両者はマスク内の格子のものの半分である。一般的に、ＡＴＬまたはＤＴＬとともに二次元パターンのＰＳＭを用いるには、異なるデザインと方法論の最適化を必要とし、高い解像度のパターンが印刷されるのを可能にする。これは標準的なフォトリソグラフィシステムを用いて印刷されたパターンと比べて利点と驚くべき特徴を有する。
【００２８】
次に本発明の有利な実施例を、以下の図面を参照して説明する。
【図面の簡単な説明】
【００２９】
【図１】第１の実施形態において使用される、位相シフトマスク内の六角形フィーチャパターンのデザイン
【図２】第１の実施形態の位相シフトマスクの断面図
【図３】第１の実施形態の露光システム
【図４ａ】第１の実施形態のマスクとＡＴＬまたはＤＴＬ露光とを用いてフォトレジストを露光する、シミュレートされた平均強度分布
【図４ｂ】図４ａの分布をｘ方向で横断する強度変化
【図５ａ】設計値から偏差した位相シフトを有する、第１の実施形態において使用されるマスクによって生成されたフォトレジストを露光する、シミュレートされた平均強度分布
【図５ｂ】図５ａの分布をｘ方向で横断する強度変化
【図６】より大きいフィーチャを有する、第１の実施形態において使用される位相シフトマスクの変更されたデザイン
【図７ａ】図６のマスクとＡＴＬまたはＤＴＬ露光とを用いた、フォトレジストを露光する、シミュレートされた平均強度分布
【図７ｂ】図７ａの分布をｘ方向で横断する強度変化
【図８ａ】理想的な設計値から僅かに離れた位相シフトを有する、第２の実施形態において使用されるマスクによって生成された、フォトレジストを露光するシミュレートされた平均強度分布
【図８ｂ】図８ａの分布をｘ方向で横断する強度変化
【図９】第３の実施形態において使用される、位相シフトマスク内のハチの巣状フィーチャパターンのデザイン
【図１０ａ】第３の実施形態のマスクとＡＴＬまたはＤＴＬ露光とを用いた、フォトレジストを露光する、シミュレートされた平均強度分布
【図１０ｂ】図１０ａの分布をｘ方向で横断する強度変化
【図１１ａ】設計値から離れた位相シフトを有する、第３の実施形態において使用されるマスクによって生成された、フォトレジストを露光するシミュレートされた平均強度分布
【図１１ｂ】図１１ａの分布をｘ方向で横断する強度変化
【図１２ａ】第４の実施形態において使用されるマスクとＡＴＬまたはＤＴＬ露光とを用いた、フォトレジストを露光する、シミュレートされた平均強度分布
【図１２ｂ】図１２ａの分布をｘ方向で横断する強度変化
【図１３】第５の実施形態において使用される位相シフトマスク内の正方形格子フィーチャパターンのデザイン
【図１４ａ】第５の実施形態のマスクとＡＴＬまたはＤＴＬと露光を用いた、フォトレジストを露光する、シミュレートされた平均強度分布
【図１４ｂ】図１４ａの分布をｘ方向で横断する強度変化
【図１５】設計値から離れた位相シフトを有する、第５の実施形態において使用されるマスクによって生成された、フォトレジストを露光するシミュレートされた平均強度分布
【図１６】第６の実施形態において使用される位相シフトマスク内の小さいデューティ比を有する正方形格子フィーチャパターンのデザイン
【図１７ａ】第６の実施形態のマスクとＡＴＬまたはＤＴＬ露光とによって生成された、フォトレジストを露光する、シミュレートされた平均強度分布
【図１７ｂ】図１７ａの分布をｘ方向で横断する強度変化
【図１８】第７の実施形態において使用される３レベルの位相シフトマスク内の、正方形格子フィーチャパターンのデザイン
【図１９ａ】第７の実施形態のマスクとＡＴＬまたはＤＴＬ露光とによって生成された、フォトレジストを露光する、シミュレートされた平均強度分布
【図１９ｂ】図１９ａの分布にわたってｘ方向で横断する強度変化
【図２０】設計値から位相シフトが偏差している、第７の実施形態において使用されるマスクによって生成された、フォトレジストを露光する、シミュレートされた平均強度分布
【図２１】より大きいフィーチャを有する第７の実施形態において使用される位相シフトマスクの変形デザイン
【図２２ａ】図２１のマスクとＡＴＬまたはＤＴＬ露光とを用いて、フォトレジストを露光する、シミュレートされた平均強度分布
【図２２ｂ】図２２ａの分布をｘ方向で横断する強度変化
【図２３】第８の実施形態における、完全に透明な位相シフトマスク内の、正方形格子フィーチャパターンのデザイン
【図２４ａ】第８の実施形態のマスクとＡＴＬまたはＤＴＬ露光とによって生成された、フォトレジストを露光する、シミュレートされた平均強度分布
【図２４ｂ】図２４ａの分布をｘ方向で横断する強度変化
【図２５】第９の実施形態において使用される３レベルの位相シフトマスク内の、ハチの巣状フィーチャパターンのデザイン
【図２６ａ】第９の実施形態のマスクとＡＴＬまたはＤＴＬ露光とを用いて、フォトレジストを露光する、シミュレートされた平均強度分布
【図２６ｂ】図２６ａの分布をｘ方向で横断する強度変化
【図２７】第１０の実施形態において使用される位相シフトマスク内のフィーチャパターンのデザイン
【図２８】第１０の実施形態の位相シフトマスクの断面図
【図２９ａ】第１０の実施形態のマスクとＡＴＬまたはＤＴＬ露光とを用いて、フォトレジストを露光する、シミュレートされた平均強度分布
【図２９ｂ】図２９ａの強度ピークをｘ方向で横断する強度変化
【図３０ａ】設計値から位相シフトが偏差している、第１の実施形態において使用されるマスクによって生成された、フォトレジストを露光する、シミュレートされた平均強度分布
【図３０ｂ】図３０ａの強度ピークをｘ方向で横断する強度変化
【図３１ａ】より大きい孔を有しているが、第１の実施形態において使用されるマスクの同じデザインによって生成された、フォトレジストを露光する、シミュレートされた平均強度分布
【図３１ｂ】図３１ａの強度ピークをｘ方向で横断する強度変化
【図３２】透明なフィーチャが、円形の代わりに正方形である他の実施形態における位相シフトマスクのデザイン
【図３３ａ】図３２のマスクとＡＴＬまたはＤＴＬ露光とを用いて、フォトレジストを露光する、シミュレートされた平均強度分布
【図３３ｂ】図３３ａの強度ピークをｘ方向で横断する強度変化
【図３４】パターンの周期がより大きい他の実施形態における位相シフトマスクのデザイン
【図３５ａ】図３４のマスクとＡＴＬまたはＤＴＬ露光とを用いて、フォトレジストを露光する、シミュレートされた平均強度分布
【図３５ｂ】図３５ａの強度ピークをｘ方向で横断する強度変化
【実施例】
【００３０】
本発明の第１の実施形態（図１および図２を参照）では、マスク内の合成パターンは、孔１のアレイを含んでいる。この孔は、１５０ｎｍの直径を有しており、最近隣接距離ａ＝２５０ｎｍを有する六角形格子に配置されている。これは、溶融シリカ基板３上のクロム２の不透明層に形成されている。このパターンは、重畳し、かつ相互にオフセットしている３つの孔サブパターンによって構成されている。各サブパターン内の孔は、最近隣接距離ｂ＝√３ａ＝４３３ｎｍを有している、六角形格子に配置されている。図１は、合成パターンの繰り返しセルを示している。これは、繰り返しセルの二次元アレイで、全体的なマスクパターンの大きい領域にわたって繰り返されている。第２のサブパターンの孔内の溶融シリカ基板の表面は実質的に均一に、１１６ｎｍの深さまでエッチングされており、第３のサブパターンの孔内では、２３２ｎｍのより深い深さまでエッチングされている。これら３つのサブパターン内の孔の、結果として生じる断面は、図２に示されている。マスクは、位相シフトマスクを製造するためにマイクロエレクトロニクス産業によって使用されている標準のマスク製造技術を用いて製造された。その詳細が当業者に既知であるだろう可能な製造ストラテジーは第１に、電子ビームリソグラフィプロセスを用いて、クロム層内の全ての孔を画定することおよび開けることを含み；レジストによるマスクの再コーティングと、第２のサブパターンの孔上のレジストを除去するためのさらなるｅビーム書き込みステップと、その後の、必要な深さまでの孔のエッチングとを含む；これにさらに、第３のサブパターンの孔に対する、同様の再コーティングと、レジスト除去とエッチングシーケンスとが続く。図３では、基板１２上にパターンを印刷するように設計された露光システム内にマスク５が入れられる。この基板は、その上側表面が、ＤＴＬ技術に従ってフォトレジスト１３の層によってコーティングされている。このマスク５は、通常の入射角で、アルゴンイオンレーザ８から送出された、波長３６４ｎｍを有する単色光７のビームによって照射される。このアルゴンイオンレーザは、光学システム１０によってコリメートされている。この光学システム１０は、レーザ８からの平面偏光されたビームを、円偏光されたビームに変える円偏光部を含んでいる。これは、非対称性が、この実施形態のマスク５から印刷される高解像度二次元アレイのフィーチャ内に導入されないことを保証するために重要である。この照明状態および選択された孔の深さ（および溶融シリカ２対する１．４７の屈折率）によって、第２および第３のサブパターンの孔によって透過される光が、位相において、５４°および１０８°それぞれ、第１のサブパターンによって透過される光に対して相対的にシフトされる。マスク５内の合成パターンの孔がシンプルに、サブパターンの間の異なった孔の深さを有しておらずに、基板上のクロム層内に形成されている場合、すなわち、従来技術の教示に従って形成されている場合には、合成パターン内の孔のサブ波長最近隣接距離は、０次の回折のみ伝播させ、周期的なパターンが、基板１２上に印刷されるのを阻止するだろう。しかし代わりに、位相をシフトさせる、第２および��３のサブパターンを有するマスク５を使用する場合には、６つの一次回折次数が伝播可能になる。これは、０次のビームと干渉し、Ｔａｌｂｏｔ距離によって縦方向に分離される一連のＴａｌｂｏｔ平面を形成する。１次のビームの極角コンポーネントθ１は、六角形サブパターンアレイの最近隣接距離ｂと
ｓｉｎθ１＝２λ（√３ｂ）                                      式（３）
によって関連付けされる。
【００３１】
結果として生じる光領域内の、自己結像面を分離するＴａｌｂｏｔ距離ＬＴは、１次回折次数の極角度から
ＬＴ＝λ／（ｃｏｓθ０−ｃｏｓθ１）                              式（４）
によって計算される。
【００３２】
ここで、θ０は、０次のビームの極角度である。マスクの通常入射角照明ではθ０＝０である。
【００３３】
少なくともＴａｌｂｏｔ距離の距離での、露光中のマスク５に対する基板１２の縦方向変位によって、フォトレジストによってコーティングされた基板１２を、この光領域に、ＤＴＬ技術を用いて露光させることで、フォトレジスト層１３内に印刷される周期的な強度分布が得られる。最も有利には、露光中の、マスクに対する基板の変位は、１２／９０３３８９の教示に従って行われる。特に、フォトレジストコーティングされた基板が、変化する速度で、露光中にマスクに対して縦方向に変位され、これによってマスクが増大する間隙の変化毎のエネルギー密度によって照明されるのは最も有利である。これは変位とともに滑らかに変化し、例えば、実質的にガウス分布に相応する。ＤＴＬ技術のこの修正は、印刷パターンの均一性と再現性を改善する。印刷パターンの均一性および再現性に対する同様の改善は、代替的に、一定の速度で間隙を変えること、および、露光の間に照明ビームの強度を変えることによって行われるだろう。これはより詳細に１２／９０３３８９に開示されている。縦方向位置付けおよびマスクに対する基板の変位のための機械的な手段は、図３に示されていない。なぜなら、これは上述した出願に記載されており、この教示に基づいてフォトリソグラフィシステム、特にプロキシミティ印刷システム用の正確な機械的位置付け分野の当業者によって容易に、実現可能だからである。フォトレジストコーティングされた基板とマスクとの間の、縦方向変位の前の初期の間隙は、例えば５０μｍの値に設定される。これは、既知の厚さを有している１つまたは複数のスペーサによって、または白色干渉法の原理に基づいた、干渉ギャップ測定装置を用いて行われる。
【００３４】
基板１２を露光する、結果として生じる強度分布は、標準的なコンピュータ技術を用いて、マスク５によって透過された光領域の伝播をシミュレートすることによって決められるだろう。特に、finite difference time domain（ＦＤＴＤ）および厳密結合波解析（ＲＣＷＡ）等の高精度方法論に基づいたもの、またスカラー理論に基づくような低精度方法論および角度スペクトル方法のアプリケーションも使用されるだろう。後者の方法論によって得られたシミュレーション結果は、強度分布の一般的な特性および基板上に印刷されるパターンの形状を示す。フォトレジスト層内の実際の線量分布は、光偏光、基板、フォトレジストの反射率および屈折率を含む他のパラメータに依存する。これらは、当業者に良く知られている数学的手法を用いたシミュレーションにおいても考慮されるだろう。
【００３５】
スカラー理論に基づいた手法を用いる場合、フォトレジスト１３を露光する平均的な強度分布は、マスク内の合成パターンのそれと同じ最近隣接距離、すなわち２５０ｎｍを有するハチの巣状パターンに配置された強度ピークの周期的なアレイになるように計算される。これは図４ａに示されている。この値は、従来技術によって可能なものおよびその照明波長よりも格段に小さい。図４ｂは、４ａの分布の中心をｘ方向で横切る強度変化を示している。これは強度分布の高いコントラストを示し、フォトリソグラフィプロセス製造に適している。正のフォトレジスト使用されている場合には、孔のアレイが層１３内に印刷されることが明らかである。ここで、負のフォトレジストの場合には、柱のアレイが印刷されるだろう。従来技術の教示に従って、振幅マスクおよびＤＴＬまたはＡＴＬを用いた場合、３４６ｎｍの露光波長で、ハチの巣状の強度分布をこのように小さい最近隣接距離で印刷することは不可能である。この実施形態は従って、ハチの巣状格子に配置されたフィーチャの周期的なパターンを印刷する本発明の重要な利点を明らかにする。
【００３６】
特定の孔の深さおよび関連する位相シフトは、この実施形態における第２および第３のサブパターンに対して既に示されているが、コンピュータシミュレーションによって次のことが確定した。すなわち、深さの比が第２および第３のサブパターン（および結果として生じる位相シフトに関連する）において１：２の場合に、フォトレジストを露光するピークの平均的な強度分布の形状およびコントラストが、これらの値からの孔の深さの偏差にあまり反応しないことが確定した。依存性のこの分析によると、この比が満足できるものである場合には、第２のサブパターンによって導入された相対的な位相シフトが２５°〜８５°の範囲にあり、第３のサブパターンによって導入された相対的な位相シフトが５０°〜１７０°の範囲にあることが有利であり、最も有利には、第２のサブパターンによって導入された相対的な位相シフトが３５°〜７５°の範囲にあり、第３のサブパターンによって導入された相対的な位相シフトが７０°〜１５０°の範囲にある。しかし、第２のサブパターンと第３のサブパターンに対する比が１：２から変化した場合には、平均分布は、孔の深さの変化に対して許容性がない。例えば、第２のサブパターンおよび第３のサブパターンによって導入された位相シフトが３６°及び８８°である場合（比〜２．４に相応する）、フォトレジストを露光する平均分布内のピークの強度は均一ではなく、パターンにわたって周期的に変化する。これは図５ａに示されている。図５ｂに示されている、この分布の中心を横切る、ｘ方向における強度プロファイルは、ピーク強度の〜２０％の変化を示している。位相偏差上のピーク強度の変化に対する依存性の分析によると、第２のサブパターンと第３のサブパターンによって導入された位相シフトの比が範囲１：１．６〜１：２．４にあるのが有利であり、範囲１：１．８〜１：２．２にあるのが最も有利である。また前者の範囲の外にある比は、特定のアプリケーションのリソグラフィ要求に依存して許容されるであろう。
【００３７】
さらに、孔の特定の直径が、マスク設計において上述されたが、コンピュータシミュレーションによって次のことが確定された。すなわち、この実施形態を用いてフォトレジストを露光する、結果として生じる平均強度分布の形が、実質的に孔の直径に依存しないことが確定された。例えば、全てのサブパターンにおいて、図１に示されているのと同じ基本マスクデザインを使用しているが、２４０ｎｍの孔直径を有すると、隣接する孔のエッジは接触しそうであり（図６を参照）、実質的に、フォトレジストで同じ形の強度分布を形成する。これは実質的に、この分布の中心を横切るｘ方向において、強度分布の同じコントラストを有する（図７ａおよび７ｂを参照）。より大きな孔を有するマスクの透過率はより高いので、このケースにおいてこの分布のピーク強度は実質的により高い。これはフォトレジストを正確に露光するのに必要な時間を低減するのに有利である。推定する場合いは、次のことが予期される。すなわち、同じサブパターン構造と関連付けられた位相を有するが、不透明層内の孔の代わりに完全に透明な六角形領域を有する無彩色マスクが、同様のパターンを印刷し、かつより短い露光時間を可能にするであろうことが予期される。
【００３８】
第１の実施形態では、六角形格子に配置されたフィーチャを有するマスク内の合成パターンからハチの巣状フィーチャパターンを印刷するために、合成パターンにおける、孔の最近隣接距離ａが２λ／３＜ａ＜２λ／√３を満たしている必要がある。第２の、類似の実施形態では、図１のデザインにおける第２および第３のサブパターンの孔の深さはより深くエッチングされ、これらのサブパターンによって伝達される光の位相が、第１のサブパターンによって伝達された光に対して相対的にそれぞれ、１２０°及び２４０°シフトされる。このマスクによって伝達される光領域は主に、３つの一次回折次数を含んでいる。これらは、マスク内の合成パターンと同じ、すなわち２５０ｎｍの最近隣接距離を有する強度ピークの六角形アレイを作成するために相互に干渉する。理想的なマスクでは、サブパターンからのこのような位相シフトの組み合わせは、０次回折次数を作成しないであろう。しかし、マスクの構造内の光の回折は、結果として幾つかの０次の光を生じさせる。これは、マスクから離れる方向において干渉パターンを変調する。それによって、横方向分布の焦点深度が制限される。この変調は実際にはより大きい。なぜなら、マスク製造プロセスにおける不正確さによって、第２のサブパターンおよび第３のサブパターンによって伝達される光の非理想的な位相シフトが生じてしまうからである。これは、０次ビームの強度を増幅させる。従ってＤＴＬまたはＡＴＬ技術を用いて、２５０ｎｍの最近隣接距離と、より大きい焦点深度でもって六角形フィーチャパターンを印刷することができる。これは、ＡＴＬおよびＤＴＬの従来技術を用いて、この波長では不可能であろう。マスクのこのデザインでフォトレジストを露光する積分された強度分布のシミュレーションによって、高いコントラストの画像の形成が確認された。しかし、理想的な値から位相シフトが偏差している場合には、結果として生じる分布内の強度ピークはパターンにわたって均一ではなく、周期的に変化する。例えば、第２のサブパターンおよび第３のサブパターンによって作成された位相シフトがそれぞれ１２６°及び２５２°である場合には、ＤＴＬ技術を用いてフォトレジストを露光する、結果として生じる平均強度分布は、図８ａに示されたように計算される。この分布の中心を横切るｘ方向における強度変化は、図８ｂに示されている。これはピーク強度における〜２０％の非均一性を示している。第２のサブパターンおよび第３のサブパターンから正確に１２０°及び２４０°の位相シフトを作成するマスクを用いる場合、結果として、同じ強度ピークになる。従って、依存性の分析によると、印刷されるパターンが特定の用途の要求を満たすために、第２のサブパターンおよび第３のサブパターンによって作成される最大の許容可能な位相シフト偏差を特定することが可能である。
【００３９】
ＡＴＬまたはＤＴＬ技術を用いてフォトレジストを露光する平均分布におけるピーク強度の周期的な変化は、連続して、または同時に、幾つかの異なる入射角度でマスクを照明することによって低減されるまたは削除される。これは有利には、各角度で同じ露光線量で行われる。照明ビームの小さい角度オフセットΔΦによって、フォトレジスト層を照明する強度分布は、ＬΔφによって表される距離だけ横方向に変位される。ここでＬは、角度オフセットを含む面における層とマスクの間隙である（これはより詳細に、米国特許出願第１２／７０６０８１号に記載されており、ここでこれは異なる目的で使用されている）。従って、２つ以上の入射角度で連続してまたは同時にマスクを照明することによって、異なる強度分布の強度ピークが、フォトレジストで重なり、積分された分布内のピーク強度のより高い均一性が得られる。これらの入射角度は、フォトレジストを照明する各強度分布間の距離およびオフセット方向が、印刷されるパターンの周期およびアレイ軸に相応するように選択されている。第２の実施形態の特定のマスク設計では、３つの入射角度でマスクを照明することによって、第２および第３の角度による、フォトレジストで作成される平均強度分布が、第１の角度によって作成されたものに対して、それぞれ、印刷されるパターンの第１および第２のアレイ軸の方向において、印刷されるパターンの１最近隣接距離だけオフセットされる。その後、エッチングされたフィーチャの深さが、第２および第３のサブパターンにおいて、理想的な値から偏差している場合でも、積分された分布内の強度分布は均一に提供される。このスキームにおいて使用されている異なる照明角度は、印刷されるパターンの焦点深度を低減させる。しかし、これは、基板とマスクのより大きい間隙を用いて緩和される。
【００４０】
択一的に、一連のＡＴＬまたはＤＴＬ露光を実施することによって、強度ピークの均一なパターンが、同じ、非理想的なマスクから印刷されるだろう。これは単一の照明角度と、露光と露光の間の、マスクに対するフォトレジストコーティングされた基板の付加的な横方向変位を用いて行われる。露光の間に、アレイ軸の方向に、印刷されたアレイの１つの周期の距離だけ基板を変位させることによって、２つの露光の平均分布における強度ピークが重ね合わされる。従って、第２の実施形態の特定のマスク設計に対して、３つの露光を実施すること、および基板をマスクに対して変位させることによって、各露光の間のオフセットの距離および方向が、上述したスキームにおいて３つの照明角度を用いて得られたものに相応する。次に、積分された強度分布におけるピーク強度も均一に提供される。この代替的なプロシージャは、照明角度を１つだけ必要とするので、積分された強度分布は有利には、ＤＴＬおよびＡＴＬ技術を用いて実現されるのと同じ大きさの焦点深度を有する。その実装は、フォトレジストコーティングされた基板をマスクに対して（またはその逆）、ｘ方向およびｙ方向において変位させるために、高い精度のアクチュエータ、例えばピエゾ圧電トランスデューサが露光システム内に組み込まれることを必要とする。有利にはセンサも、正確な測定のため、および変位が必要な精度で実施されることを補償するために、必要とされる。
【００４１】
この補助的な露光スキームによって、非理想的なＰＳＭから均一なパターンを印刷することが可能になるので、ＤＴＬまたはＡＴＬ技術を伴うＰＳＭの実際の実装にとってこの露光スキームは重要である。
【００４２】
六角形格子に配置されたフィーチャを有するマスク内の合成パターンからフィーチャの周期的なパターンを印刷するためのこの第２の実施形態において、合成パターン内の孔の最近隣接距離ａがａ＞２λ／３を満たすことが必要である。
【００４３】
本発明の第３の実施形態（図９を参照）では、マスク内のフィーチャの合成パターンは、最近隣接距離ａ＝２５０ｎｍを有するハチの巣状格子に配置されている直径１５０ｎｍの孔のアレイを含んでいる。これは、溶融シリカ基板上のクロム上の不透明層内に形成されている（図９は、合成パターンの繰り返しセルを示しているだけである）。このパターンは重畳しているが、相互にオフセットしている２つのサブパターンから成る。各サブパターン内の孔は、最近隣接距離ｂ＝√３ａ＝４３３ｎｍを有する六角形格子に配置されている。第２のサブパターンの孔内の溶融シリカ基板の表面は、１１６ｎｍの深さまで、実質的に均一にエッチングされている。従って、マスクが、３６４ｎｍの波長を有する光によって通常の入射角で照明される場合には、第２のサブパターンによって透過される光は、第１のサブパターンによって透過される光に対して相対的に、位相において６０°シフトされる。位相シフトされない場合、マスクによって透過される光領域は、０次の回折次数と１次の回折次数を含むだろう。従って、周期的なパターンを、ＤＴＬタイプの露光を用いて印刷することが可能であろう；しかし、コンピュータシミュレーションは、フォトレジストを露光する平均強度分布が、４３３ｎｍの最近隣接距離を有する六角形格子に配置された強度ピークを含むことを示している。これは事実上、マスクパターンのより高い解像コンポーネントが失われたことを表す。その代わりに第２のサブパターンを位相シフトさせるマスクを用いてフォトレジストを露光する平均強度分布のコンピュータシミュレーションは、図１０ａに示された結果をもたらし、この分布の中心を横切るｘ方向での強度変化は図１０ｂに示されている。この分布も、六角形格子に配置された強度ピークを有しているが、最近隣接距離は、マスク内の合成パターンのそれと同じ、すなわち２５０ｎｍである。これは、従来技術およびこの照明波長に従ってＤＴＬを用いて可能であるものよりも格段に小さい。従って解像度において顕著な利得があらわれる。従ってこの実施形態は、六角形格子に配置されているフィーチャの周期的なパターンを印刷するための本発明の重要な利点を表している。
【００４４】
しかしコンピュータシミュレーションは、結果として生じる、フォトレジストを露光する強度分布の形が、上述した値からの、孔の深さおよび関連付けられた位相シフトの偏差に対して、第１の実施形態のマスク設計と比べていくらかの感度を有していることを示している。例えば、第２のサブパターン内の孔の深さが、代わりに５４°の位相シフトを作成する場合、ＤＴＬ技術を用いてフォトレジストを露光する平均強度分布が図１１ａに示されたようであることが計算される。分布の中心を横切るｘ方向での強度変化は、図１１ｂに示されており、ここから、ピークの強度が均一ではなく、パターンにわたって〜１５％、周期的に変化することが見て取れる。従って、最も有利には、第２のサブパターン内の孔の深さは、範囲５５°〜６５°における位相シフトを導入する。しかし、特定の用途のリソグラフィ要求に依存して、より大きい範囲が許容されるであろう。この実施形態は、１つの位相エッチングステップと浅いエッチング深さしか必要でないという利点を有している。
【００４５】
第４の、類似の実施形態では、図９の設計における第２のサブパターンの孔の深さが、より深くエッチングされ、このサブパターンによって透過される光の位相は、第１のサブパターンによって透過される光に関して１８０°だけシフトされる。フォトレジストコーティングされた基板を照明する平均強度分布のコンピュータシミュレーションは、マスクに対して基板が縦方向に変位される場合には、図１２ａに示されているように、２５０ｎｍの最近隣接距離を有する強度ピークのハチの巣状アレイを示す。これは、振幅マスクおよびこの露光波長を使用して可能ではないであろう。この分布の中心を横切るｘ方向における強度変化が図１２ｂに示されている。これは、この強度分布が高いコントラストを有しており、製造プロセスに対して適していることを示している。コンピュータシミュレーヨンは、ＤＴＬ技術による強度ピークのハチの巣状アレイを印刷するための位相マスクのこのデザインが、第２のサブパターンによって作成された１８０°からの位相シフトの偏差に対して比較的影響を受けないことを示している。依存性の分析から、この実施形態のマスクパターンタイプを使用してハチの巣状パターンを印刷するために、第２のサブパターンによって作成された位相シフトが範囲９０°〜２７０°にあることが有利であり、最も有利にはこれが範囲１２０°〜２４０°にあることが確定した。
【００４６】
この実施形態のマスク設計において、孔の特定の直径が示されたが、コンピュータシミュレーションは、ＤＴＬ技術を使用してフォトレジストを露光する、結果として生じる平均強度分布の形が、実質的に孔の直径に影響を受けないことを示している。より大きい孔の直径は、マスクを通した光のより高い透過を可能にする。これは、パターンをフォトレジスト内に印刷するのに必要な時間を短くするのに有利である。
【００４７】
そのフィーチャがハチの巣状格子で配置されているマスク内の合成周期パターンから、フィーチャの周期的なパターンを印刷するためのこの実施形態では、マスク内の合成パターン内の孔の最近隣接距離ａがａ＞２λ／３を満たすことが必要である。
【００４８】
本発明の第５の実施形態（図１３を参照）では、マスク内のフィーチャの合成パターンは、ｘおよびｙ方向において、最近隣接距離（すなわち周期）ａ＝２００ｎｍを有する正方形格子に配置されている直径１００ｎｍの孔のアレイを含んでいる。これは、溶融シリカ基板上のクロムの不透明層内に形成されている（図１３は、合成パターンの繰り返しセルを示しているだけである）。このパターンは重畳しているが、相互にオフセットしている４つの、孔のサブパターンから成る。各サブパターン内の孔は、ｘおよびｙ方向において、最も近い隣接距離（すなわち周期）ｂ＝２ａ＝４００ｎｍを有する正方形格子上に配置されている。第２のサブパターンの孔内で、溶融シリカ基板の表面は、１９４ｎｍの深さまでエッチングされており、第３のサブパターンの孔内では３８７ｎｍの深さまでエッチングされており、第４のサブパターンの孔内では５８１ｎｍの深さまでエッチングされている。このマスクが、図３の露光システム内に導入され、第１の実施形態と同じように照明される場合には、第２、第３および第４のサブパターンにおけるエッチングされたフィーチャの深さは、これらのサブパターンによって透過される光の位相を９０°、１８０°および２７０°それぞれ、第１のサブパターンのフィーチャによって透過される光に対して相対的にシフトさせる。マスク内の合成パターンの孔がシンプルに、基板上のクロムの層内で、サブパターン内のフィーチャの異なる深さを用いずに形成される場合、すなわち従来技術の教示に従って形成される場合には、孔のサブ波長周期は０次の回折次数のみを伝播させるので、基板上に周期的なパターンを印刷することはできないだろう。しかし上述した位相シフトを用いる場合、透過される光領域は０次および１次のみを含む。これらは相互に干渉して、一連のＴａｌｂｏｔ平面が形成される。この実施形態では、１次の回折次数の極角θ１は、サブパターン内のフィーチャの周期ｂと、
ｓｉｎθ１＝λ／ｂ                                  式（５）
によって関連付けされる。
【００４９】
Ｔａｌｂｏｔ距離はここでも、式（４）を用いて決められる。
【００５０】
ＤＴＬ技術に従って、基板がマスクに対して変位される場合には、フォトレジスト内に印刷される平均強度分布のコンピュータシミュレーションは、図１４ａに示されているように、２００ｎｍの最近隣接距離（すなわち周期）を有する、正方形格子に配置された強度ピークのアレイをもたらす。図１４ｂは、図１４ａの分布の中心を横切るｘ方向での強度変化を示している。これは、強度ピークの高いコントラストを示している。３６４ｎｍの露光波長を用いて、従来技術に従って位相マスクとＤＴＬまたはＡＴＬとを用いた場合には、このような小さい最近隣接距離で、正方形格子強度を印刷することは不可能であろう。従ってこの実施形態は、正方形格子に配置されたフィーチャの周期的なパターンを印刷する本発明の重要な利点を明らかにする。
【００５１】
しかしコンピュータシミュレーションは、このマスクデザインに対して、フォトレジストを露光する平均強度分布が、上述した値からの孔の深さの偏差に対して、いくらかの感度を有していることを示している。例えば、その代わりにこの深さが、第３および第４のサブパターンによって透過される光の位相が、それぞれ２００°および３００°シフトされるようなものである場合には、ＤＴＬ技術を用いてフォトレジストを露光する平均強度分布は図１５に示されたようになる。見て取れるように、位相の偏差はいくらかの楕円性を、強度ピークの断面形状に導入した。さらに、必要な値から、第２および第３のサブパターンによって作成された位相シフトが、非対称に偏差している場合には、ピーク強度の非均一性が付加的に、周期的な平均強度分布の各ユニットセル内に導入されることを、コンピュータシミュレーションは示す。依存性の分析から、第２、第３および第４のサブパターンにおける孔の深さが、範囲８０°〜１００°、１７０°〜１９０°および２６０°〜２９０°における位相シフトを、それぞれ第１のサブパターンに対して導入することが有利であることが推断される。しかし、特定用途のリソグラフィの要求に依存して、より大きい範囲が許容されるだろう。
【００５２】
関連する第６の実施形態（図１６を参照）では、マスク内のフィーチャの合成パターンは、ｘおよびｙ方向において、最近隣接距離（すなわち周期）ａ＝１μｍを有する正方形格子に配置されている直径１００ｎｍの孔のアレイを含む。これは、溶融シリカ基板上のクロムの不透明層内に形成されている（図１６は、合成パターンの繰り返しセルを示しているだけである）。このパターンは重畳し、かつ相互にオフセットしている４つの孔サブパターンから成り、各サブパターンの孔は、最近隣接距離（すなわち周期）ｂ＝２ａ＝２μｍを有する正方形格子に配置されている。この実施形態の場合には、照明システムは代わりに、ＡｒＦエキシマレーザを、照明源として使用し、これは１９３ｎｍの波長を放射する。溶融シリカ基板の表面は、第２、第３および第４のサブパターン内で、８６ｎｍ、１７２ｎｍおよび２５８ｎｍの深さまでそれぞれエッチングされている。このマスクが、１９３ｎｍの波長でのコリメートされた照明ビームを提供するように偏光されている図３の露光システム内に導入される場合、第２、第３および第４のサブパターンにおけるエッチングされるフィーチャの深さは、これらのサブパターンによって透過される光の位相を９０°、１８０°および２７０°それぞれ、第１のサブパターンによって透過される光に対して相対的にシフトさせる。このマスクとＤＴＬ技術を使用した、フォトレジストを露光する平均強度分布のコンピュータシミュレーションは、図１７ａに示されているような、１μｍの周期を有する、幅の狭い、高い強度の行の正方形メッシュをもたらす。この分布の中心を横切るｘ方向における強度変化は、図１７ｂに示されている。結果として、位相シフトマスクのこの設計が、〜１００ｎｍのように狭い線の幅を有する連続的な格子またはメッシュ状の構成をフォトレジスト層内に印刷するためにＡＴＬまたはＤＴＬとともに使用されるであろうことが明らかになった。分布の中心での最大強度は代替的に、高解像度パターンを印刷するのに使用されるだろう。これは例えば、負のフォトレジストプロセスを使用して行われる。
【００５３】
関連する第７の実施形態（図１８を参照）では、マスク内のフィーチャの合成パターンは、ｘおよびｙ方向において、最近隣接距離（すなわち周期）ａ＝２００ｎｍを有する正方形格子に配置されている直径１００ｎｍの孔のアレイを含む。これは、溶融シリカ基板上のクロムの不透明層内に形成されている（図１８は、合成パターンの繰り返しセルを示しているだけである）。フィーチャのこのパターンは重畳しているが、相互にオフセットしている４つの孔サブパターンから成るとみなされ、各サブパターンの孔は、ｘ方向およびｙ方向において、最近隣接距離（すなわち周期）ｂ＝２ａ＝４００ｍを有する正方形格子に配置されている。溶融シリカ基板の表面は、第２、第３のサブパターン内で、１９４ｎｍの深さまでエッチングされ、第４のサブパターンの孔内で３８７ｎｍの深さまでエッチングされている。このマスクが、図３の露光システム内に導入され、第１の実施形態と同様に照明される場合、サブパターン内のエッチングされるフィーチャの深さは、第２および第３のサブパターンによって透過される光の位相を９０°それぞれ第１のサブパターンのフィーチャによって透過された光に対して相対的にシフトさせ、第４のサブパターンによって透過される光の位相を１８０°シフトさせる。マスク内の合成パターンの孔がシンプルに基板上のクロムの層内に、サブパターン内のフィーチャの異なる深さを用いずに形成されていたならば、すなわち従来技術の教示に従って形成されていたならば、孔のサブ波長周期は０次の回折次数のみを伝播させるので、基板上に周期的なパターンを印刷することはできないだろう。しかし上述した位相シフトを用いると、透過される光領域は０次および１次を含み、これらは相互に干渉して、一連のＴａｌｂｏｔ平面が形成される。ＤＴＬ技術に従って、基板がマスクに対して変位されている場合には、フォトレジスト内に印刷される平均強度分布のコンピュータシミュレーションは、図１９ａに示されているように、２００ｎｍの最近隣接距離（すなわち周期）を有する正方形格子に配置される強度ピークのアレイをもたらす。図１９ｂは、図１９ａの分布の中心を横切るｘ方向での強度変化を示している。これは、強度ピークの高いコントラストを示している。従ってこの実施形態は、正方形格子に配置されたフィーチャの周期的なパターンを印刷するための本発明の重要な利点を明らかにしている。上述の実施形態と比較して、このマスクの設計は３つの位相レベルだけを有しているので、製造プロセスをシンプルにし、周期的なパターンの隣接するセクター間の最も大きい位相移行も、１８０°である。これは、このマスク内の回折効果から生じる、印刷されるパターンの摂動を低減させる。
【００５４】
コンピュータシミュレーションは、このマスクデザインによって、フォトレジストを露光する平均強度分布も、上述の値からの孔の深さの偏差に対してある程度の感度を有していることを示している。例えば、第２のサブパターンおよび第３のサブパターンによって透過される光の位相が代わりに８２°シフトされ、第４のサブパターンによって透過される光の位相が１６４°シフトされるような深さである場合、ＤＴＬ技術を用いてフォトレジストを露光する平均強度分布は、図２０に示されたようになる。見て取れるように、位相のこの変化は、ある程度の楕円性を、強度ピークの断面形状に導入した。さらに、第２および第３のサブパターンによって作成された位相シフトが、必要な値から非対称に偏差している場合には、コンピュータシミュレーションは、ピーク強度の非均一性が付加的に、周期的な平均強度分布の各ユニットセル内に導入されることを示す。依存性の分析から、第２および第３のサブパターンにおける孔の深さが、範囲８５°〜９５°における位相シフトを導入することが有利であり、さらに、第４のサブパターンにおける孔が、範囲１７０°〜１９０°の位相シフトを導入することが有利であることが推断される。しかし、特定用途のリソグラフィ要求に依存して、より大きい範囲が許容されるだろう。
【００５５】
さらに、コンピュータシミュレーションから、次のことが確定される。すなわち、この実施形態のマスクから得られた平均強度分布内のピークの断面形状が実質的に、マスク内の孔の直径に依存せず、分布におけるピークのコントラストが、孔のサイズが大きくなるにつれて低減する、ということが確定される。例えば、孔の直径が１００ｎｍから１６０ｎｍへと増大することによって、マスク設計は、図２１に示されているようになり、ＤＴＬ技術を使用してフォトレジストを露光する、結果として生じる平均強度分布は、図２２ａに示されたようになる。分布の中心を横切るｘ方向におけるその強度プロファイルは、図２２ｂに示されている。
【００５６】
さらに、コンピュータシミュレーションから次のことが確定される。すなわち、第７の実施形態のマスクと同じアレイジオメトリーおよび位相分布を有しているが、繰り返しセルの各正方形内の完全に開放されている領域を有している第８の実施形態において使用されているクロムレスマスクが、図２３に示されているように、クロム層内の孔の代わりに、ＤＴＬまたはＡＴＬ技術を使用した露光時に、フォトレジストでの平均強度分布の実質的に同じ形状（図２４ａを参照）を形成することが確定される。図２４ａの中心を横切るｘ方向での強度変化は図２４ｂに示されている。しかしこれは、強度分布のコントラストが低いことを示している。クロムレスマスクが非常に高い透過率を有していることが明らかである。これは、フォトレジスト内にパターンを印刷するのに必要な時間を低減するのに有利である。
【００５７】
正方形格子に配置されたフィーチャを有するマスク内の合成周期パターンから、フィーチャの周期的なパターンを印刷するためのこの実施形態では、マスク内のこの合成パターン内のフィーチャの最近隣接周期ａがａ＞λ／２を満たすことが必要である。
【００５８】
本発明の第９の実施形態（図２５を参照）では、マスク内のフィーチャの合成パターンは、最近隣接距離ａ＝２５０ｎｍを有する三角形−六角形ハチの巣状格子に配置されている直径１３０ｎｍの孔のアレイを含む。これは、溶融シリカ基板上のクロムの不透明層内に形成されている（図２５は、合成パターンの繰り返しセルを示しているだけである）。このパターンは重畳し、かつ相互にオフセットしている３つの孔サブパターンから成り、各サブパターンの孔も三角形−六角形ハチの巣状格子に配置されているが、最近隣接距離＝√３ａ＝４３３ｍを有している。溶融シリカ基板の表面は、第２、第３のサブパターンの孔内で、２５８ｎｍおよび５１６ｎｍの深さまでそれぞれエッチングされる。このマスクが、図３の露光システム内に導入され、第１の実施形態と同様に照明される場合には、第２および第３のサブパターンにおけるエッチングされるフィーチャの深さは、これらのサブパターンによって透過される光の位相を１２０°および２４０°それぞれ、第１のサブパターンによって透過される光に対して相対的にシフトさせる。このマスクおよびＤＴＬ技術を用いた、フォトレジストを露光する平均強度分布のコンピュータシミュレーションは、図２６ａに示されているように、２５０ｎｍの最近隣接距離を有する強度ピークの六角形アレイをもたらす。この分布の中心を横切るｘ方向での強度変化は、図２６ｂに示されている。これは、強度ピークの高いコントラストを示している。この分布における強度ピークの精密検査は、〜１０％の変調を伴う、その強度の幾つかの変化を示す。これは、特定の用途の場合には受け入れ可能である。
【００５９】
本発明の第１０の実施形態（図２７および２８を参照）では、マスク内の合成パターンは、孔１５のアレイを含んでいる。これは、ｘおよびｙ方向それぞれにおいて、最近隣接距離（すなわち周期）ａｘ＝３８０ｎｍおよびａｙ＝１９０ｎｍを有する長方形格子に配置されており、直径１４０ｎｍを有する。これは、溶融シリカ基板１７上のクロム１６の不透明層内に形成されている。このパターンは重畳しており、かつ相互にオフセットしている２つの孔サブパターンから成り、２つのサブパターン内の孔は、最近隣接距離（すなわち周期）ｂ＝３８０ｍを有する正方形格子に配置されている。図２７は、合成パターンの繰り返しセルを示している。これは、マスクパターン全体の大きい領域にわたって、繰り返しセルの二次元アレイで繰り返される。溶融シリカ基板の表面は、第２のサブパターンの孔内で、１９４ｎｍの深さまで実質的に均一にエッチングされている。従って、繰り返しセル内の孔の、結果として生じる断面プロファイルはｙ方向において、図２８に示されたようになる。この孔の深さによって、第２のサブパターンの孔によって透過される光の位相は、第１のサブパターンによって透過される光に対して９０°シフトされる。合成パターンの孔がシンプルに、基板上のクロム層内に、孔の深さが異ならずに（すなわち従来技術の教示に従って）形成されていたならば、マスクによって透過される光領域は、ｘ方向におけるパターンの合成成分によって回折される１つの０次の回折次数と２つの一次の次数を含むだろう。ｙ方向におけるパターンのサブ波長周期は、この面において光が回折されるのを阻止する。従って、ｙ方向におけるあらゆる強度変調無く、フォトレジストでの一次元干渉パターンが得られる。位相シフトサブパターンを有する図２７のマスクを用いて、２つの付加的な回折次数がｙ面において生成される。これは、Ｔａｌｂｏｔ距離によって分離されている面内の二次元のＴａｌｂｏｔイメージを再構築する。ＤＴＬ技術を用いて、図３の装置を用い、少なくともＴａｌｂｏｔ画像面の間隙の距離だけ露光の間に、マスク５に対して基板１２を縦方向に変位することによって、この光領域にフォトレジストコーティングされた基板１２を曝す場合には、結果として、フォトレジスト層１３内に周期的な強度分布が印刷される。フォトレジスト１３を露光する平均的な強度分布は、１９０ｎｍの最近隣接距離（すなわち周期）を有する強度ピークの正方形アレイになるように計算される。これは、図２９ａに示されている。これはパターンの周期が、マスク内のパターンのそれに関して、ｘ方向においてファクター２だけ低減されていることを示しており、ｙ方向においては変化しない。図２９ｂは、９５ｎｍのｙ座標での、図２９ａの分布を横切る、ｘ方向における強度変化を示している。これは、得られる強度分布の高いコントラストを示しており、フォトリソグラフィプロセス製造に適している。この強度分布がポジティブなフォトレジストの層内に印刷されていたならば、孔のアレイが、結果として生じ、ネガティブなフォトレジストが使用されていたならば、柱のアレイが印刷されるだろうことが明らかである。増幅マスクの場合には、このパターンをＤＴＬ技術またはＡＴＬ技術���用いてこの波長で印刷することは不可能だろう。従って、正方形格子に配置されたフィーチャの高解像度の周期的なパターンを印刷するための本発明の重要な利点を明らかにしている。
【００６０】
付加的なコンピュータシミュレーションから、本発明の他の実施形態において生じるような、第２のサブパターンによって作成される位相シフトの９０°からの偏差が、強度ピークの断面形状内にある程度の楕円性を導入することが確定される。例えば、第２のサブパターンの孔が僅かにより深い場合には、１００°の位相シフトが作成され、この場合には、フォトレジストを露光する平均強度分布が、図３０ａに示されたように計算される。９５ｎｍのｙ座標でのｘ方向におけるその変化は、図３０ｂに示されている。位相シフトのより大きい偏差は、１５０°の位相ピークを伴うような、強度ピークの連続的に大きくなるひずみを生じさせ、フォトレジストを露光する平均強度分布は、明るいおよび暗い並行線の一次元のパターンに実質的に相当する。位相シフトの振幅への、強度ピークの断面形状の依存性の分析から、次のことが推断される。すなわち、円形の断面が必要とされるケースでは、位相シフトが有利には、８０°〜１００°の範囲にあるべきであり、最も有利には８５°〜９５°の範囲にあるべきであるということが推断される。しかし、特定の用途のリソグラフィ要求に応じて、より大きい範囲が許容されるだろう。
【００６１】
コンピュータシミュレーションから、さらに次のことが確定される。すなわち、この実施形態のマスクから得られる平均強度分布におけるピークの断面形状が、実質的にこのマスク内の孔の直径に依存せず（全ての他のデザインパラメータは同じままである）、この分布内でのピークのコントラストも実質的に孔の寸法に依存しないことが確定される。従って本発明の他の実施形態において、他の孔直径を有するマスクデザインが、類似の効果を伴って代替的に使用されるだろう。例えば、示されている設計における孔直径が、代わりに１６０ｎｍである場合には、フォトレジストを露光する平均強度分布は、図３１ａに示されたように計算される。９５ｎｍのｙ座標でのｘ方向における平均強度分布の変化は、図３１ｂに示されている。より大きい孔の直径によって、マスクを通じた、より多くの光の透過が可能である。これは、フォトレジスト内にパターンを印刷するのに必要な時間を低減させるのに有利である。
【００６２】
孔の直径のこの増大は、本発明の他の実施形態において、推断の基礎とされるだろう。これは例えば図３２に示されているようなセル設計である。これは各側面がクロム回廊１９によって縁取られている２つの透明な正方形領域１８を有している。２つの正方形領域のうちの上方の正方形領域内の基板の表面は、付加的にエッチングされており、この領域を通じた光の伝播が、２つの正方形領域のうちの下方の正方形領域を通る光伝播に対して、位相において９０°シフトされる。コンピュータシミュレーションから、ＤＴＬ技術またはＡＴＬ技術によるマスクのこのデザインを用いたフォトレジストを露光する平均強度分布が図３３ａに示されているようであることが計算される。９５ｎｍのｙ座標でのｘ方向における、平均強度分布の変化は、図３３ｂに示されている。見て取れるように、結果として生じる分布の形およびコントラストは、クロム層内の円形の孔を有する上述の実施形態のマスクを用いて得られたものと類似している。より大きい正方形領域を有するこのデザインはより高い透過性を有する。従って有利には、フォトレジストでのより高い強度、ひいてはより短い露光を可能にする。マスクのこのデザインによって、上述した幾つかのデザインに関しては、有利には、リソグラフィ書き込みステップを２つだけ使用してマスクが製造される。
【００６３】
本発明を用いて印刷されるであろう強度ピークの正方形アレイのより小さい周期（上述したおよび同じ照明波長に従って、振幅マスク、ＡＴＬまたはＤＴＬを使用して可能な、周期に関して）は、次の場合に得られる。すなわち、図２７の合成マスクパターン内の孔の周期が、範囲λ＜ａｘ＜２λおよびλ／２＜ａｘ＜λ内にある場合である。ここでａｘ＝２ａｙである。ｐｘ＞２λおよびｐｙ＞λの場合には、より小さい周期のこのような利点は生じないのに対して、本発明は、このようなより大きい周期を伴うマスクデザインに対しても使用されるだろう。図３４は、このようなデザインの例を示しており、ここで合成パターンは、ａｘ＝１μｍおよびａｙ＝５００ｎｍ最近隣接距離（すなわち周期）を有する長方形格子に配置された直径３００ｎｍの孔のアレイを有し、これは溶融シリカ基板上のクロム層内に形成される；さらにこれは、重畳し、相互にオフセットされている２つの孔サブパターンから成る。これは、１μｍの最近隣接距離（すなわち周期）をそれぞれ有する正方形格子に配置されている。第１の実施形態のように、第２のサブパターンの孔内でこの基板の表面はエッチングされており、この孔によって透過される光の位相は、第１のサブパターンによって透過される光に対して、９０°シフトされる。このマスクデザインに対する、ＤＴＬまたはＡＴＬ技術の使用のコンピュータシミュレーションから、フォトレジストを露光する平均強度分布が、図３５ａに示されているように、周期５００ｎｍを有する正方形格子に配置された強度ピークの正方形アレイであることが計算される。０ｎｍのｙ座標でのこの分布を横切るｘ方向における強度変化は、図３５ｂに示されている。強度ピークの高いコントラスト並びに高い均一性およびピーク間の背景照明の低い強度は、従来技術に従った振幅マスクおよびＤＴＬまたはＡＴＬに関する本発明のこの実施形態の著しい利点を明らかにする。強度ピークは、正のフォトレジスト内に孔のアレイを印刷するため、また負のフォトレジスト内に柱またはドットのアレイを形成するために用いられるだろう。
【００６４】
ＤＴＬ技術に基づく特定の露光システムが上述した実施形態において、本発明の特定の実施形態を分かりやすく説明するために用いられたが、これは単なる例であることを理解されたい。例えば他の照明源または他の照明波長を使用した他のＤＴＬベースの露光システムが、本発明の他の実施形態において代替的に使用されるだろう。さらに、不確かな場合には、上述されたマスクデザインの異なるタイプが、代わりに、ＡＴＬ技術に基づく本発明の実施形態において、代替的に使用されるだろう。実際に、特定のデザインおよび上述した実施例において示されたシミュレーション結果が代替的にＡＴＬ露光システムに使用されるだろう。この露光システムの照明システムは、３６５ｎｍの波長にセンタリングされたスペクトルバンド幅を有する、コリメートされた照明ビームを提供する水銀ランプである。このような実施形態における、露光の間の基板とマスクの間隙は、マスク内のパターン周期およびＡＴＬの先行技術に従って教示されているような光の帯域幅に従って調整されるべきである。必要とされる間隙は例えば、先行技術を用いて計算されるだろう、関連する周期的なパターンからの光の回折角度から決められる。例えば、他の照明源および他のスペクトルバンド幅を有する他の照明波長を使用するＡＴＬベースの他の露光システムが、本発明の別の実施形態において使用されるだろう。本発明のこのような異なる実施形態において、マスクのデザインが照明波長、所望の印刷パターンおよび有利には、ＡＴＬまたはＤＴＬ技術を用いた、フォトレジストを露光する平均強度分布の正確なコンピュータシミュレーションの結果を考慮するべきであることは明らかである。
【００６５】
他の実施形態では、ＡＲコーティングが、フォトレジスト内の光領域の高い角度成分の結合効率を高めるために、フォトレジスト層の下方または上方に含まれるだろう。
【００６６】
上述した実施形態は、ＤＴＬまたはＡＴＬ技術を用いた位相シフトマスクによって生成された平均強度分布内での強度ピークを使用することに向けられているが、本発明の他の実施形態では、分布における最小強度が代替的に、フィーチャの必要とされる周期的なパターンを印刷するために使用されるだろう。これは殊に、負のフォトレジストが使用される場合でもある。
【００６７】
上述した種々の実施形態においてマスクデザインにおける孔のフィーチャは円形であったが、他の形状のフィーチャ、例えば正方形のフィーチャまたは六角形のフィーチャが、本発明の他の実施形態において代替的に使用されるだろう。
【００６８】
マスク材料の特定の構造およびマスク製造に対する特定のストラテジーが、上述した異なるタイプの位相シフトの実現のために設計され、本発明の種々の実施形態において使用されるが、本発明の他の実施形態において、他の製造シーケンスおよびプロセスが代替的に使用され得ることを理解されたい。これは、同じまたは同等の位相シフトおよび／または光透過構造を生じさせる。例えば、位相シフトフィーチャが、代わりに、基板の表面上に体積された材料の１つまたは複数の層内に形成されるであろう。または、孔のパターンを定める不透明層上の層内に形成される。
【００６９】
一般的に、上述した実施形態は、本発明の有利な実施形態として現在考えられるが、当然ながら、形状および詳細における種々の修正及び変更が容易に、本発明の範囲を逸脱することなく行われることを理解されたい。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４ａ】
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【図４ｂ】
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【図５ａ】
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【図５ｂ】
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【図６】
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【図７ａ】
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【図７ｂ】
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【図８ａ】
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【図８ｂ】
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【図９】
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【図１０ａ】
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【図１０ｂ】
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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１４ａ】
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【図１４ｂ】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７ａ】
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【図１７ｂ】
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【図１８】
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【図１９ａ】
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【図１９ｂ】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２ａ】
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【図２２ｂ】
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【図２３】
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【図２４ａ】
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【図２４ｂ】
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【図２５】
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【図２６ａ】
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【図２６ｂ】
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【図２７】
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【図２８】
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【図２９ａ】
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【図２９ｂ】
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【図３０ａ】
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【図３０ｂ】
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【図３１ａ】
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【図３１ｂ】
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【図３２】
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【図３３ａ】
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【図３３ｂ】
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【図３４】
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【図３５ａ】
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【図３５ｂ】
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