(57)【要約】  本方法は、投影レンズの像平面の領域内に配置される基板を、投影レンズの物体平面の領域内に配置されるマスクのパターンのうちの少なくとも１つの像を用いて露光するための投影露光方法に関する。基板（ＳＵＢ）は、第１のフォトレジスト材料からなる第１のフォトレジスト層（ＦＬＳ１）と、第１のフォトレジスト層と基板との間の、第２のフォトレジスト材料からなる別個に適用された第２のフォトレジスト層（ＦＬＳ２）とを備える放射線感受性多層システム（ＭＳ）で被覆される。第１のフォトレジスト材料は、第１の波長範囲において比較的高い第１の感受性、および第１の波長範囲から分離した第２の波長範囲において第１の感受性と比較して低い第２の感受性を有し、第２のフォトレジスト材料は、第２の波長範囲において露光に適した第２の感受性を有する。放射線感受性多層システム（ＭＳ）で被覆された基板は、パターンの像を用いて露光され、放射線源の放射線が使用され、上記放射線は、第１の波長範囲および第２の波長範囲を含む動作波長範囲を有する。この目的のため、第１の波長範囲に属する第１の焦点領域（ＦＯＣ１）が、焦点距離（＃ＦＯＣ）によって、第２の波長範囲に属する第２の焦点領域（ＦＯＣ２）に対してオフセットされるように、第１の波長範囲および第２の波長範囲に対して補正される投影レンズが使用される。第１の焦点領域（ＦＯＣ１）は、第１のフォトレジスト層（ＦＬＳ１）内にあり、第２の焦点領域（ＦＯＣ２）は、第２のフォトレジスト層（ＦＬＳ２）内にある。
2019530024.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
投影レンズの像平面の領域内に配置された基板を、前記投影レンズの物体平面の領域内に配置されたマスクのパターンのうちの少なくとも１つの像を用いて露光するための投影露光方法であって、
前記基板（ＳＵＢ）を、第１のフォトレジスト材料からなる第１のフォトレジスト層（ＦＬＳ１）、および、前記第１のフォトレジスト層と前記基板との間の、第２のフォトレジスト材料からなる別個に適用された第２のフォトレジスト層（ＦＬＳ２）を備える放射線感受性多層システム（ＭＳ）で被覆するステップであって、
前記第１のフォトレジスト材料が、第１の波長範囲において比較的高い第１の感受性、および、前記第１の波長範囲から分離した第２の波長範囲において前記第１の感受性と比較して低い第２の感受性を有し、
前記第２のフォトレジスト材料が、前記第２の波長範囲において露光に適した第２の感受性を有する、ステップと、
前記第１の波長範囲および前記第２の波長範囲を含む動作波長範囲を有する放射線源（ＲＳ）の放射線を使用して、前記放射線感受性多層システム（ＭＳ）で被覆された前記基板を、前記パターンの前記像を用いて露光するステップと
を含み、
前記第１の波長範囲と関連付けられた第１の焦点領域（ＦＯＣ１）が、焦点距離（ΔＦＯＣ）によって、前記第２の波長範囲と関連付けられた第２の焦点領域（ＦＯＣ２）に対してオフセットされるように、前記第１の波長範囲および前記第２の波長範囲に対して補正される（ｃｏｒｒｅｃｔｅｄ）投影レンズ（ＰＯ）が使用され、
前記第１の焦点領域（ＦＯＣ１）が、前記第１のフォトレジスト層（ＦＬＳ１）内にあり、前記第２の焦点領域（ＦＯＣ２）が、前記第２のフォトレジスト層（ＦＬＳ２）内にある、
投影露光方法。
【請求項２】
前記第１のフォトレジスト材料および前記第２のフォトレジスト材料が、異なるスペクトル感受性特性を有する、請求項１に記載の投影露光方法。
【請求項３】
前記第１のフォトレジスト層（ＦＬＳ１）を生成するために、前記第１の波長範囲内の光子の１０％と６０％との間が前記第１のフォトレジスト層内で吸収されるように選択される第１のフォトレジスト材料が使用され、および／または、前記第２のフォトレジスト層（ＦＬＳ２）を生成するために、前記第２の波長範囲内の光子の１０％と６０％との間が前記第２のフォトレジスト層内で吸収されるように選択される第２のフォトレジスト材料が使用される、請求項１または２に記載の投影露光方法。
【請求項４】
前記第１のフォトレジスト層（ＦＬＳ１）を生成するために、前記第１のフォトレジスト層内に吸収される前記第１の波長範囲内の光子の数が、前記第１のフォトレジスト層内に吸収される前記第２の波長範囲内の光子の数よりも少なくとも５０％、特に少なくとも１００％大きいように選択される第１のフォトレジスト材料が使用され、および／または、前記第２のフォトレジスト層（ＦＬＳ２）を生成するために、前記第２のフォトレジスト層内に吸収される前記第２の波長範囲内の光子の数が、前記第２のフォトレジスト層内に吸収される前記第１の波長範囲内の光子の数よりも少なくとも５０％、特に少なくとも１００％大きいように選択される第２のフォトレジスト材料が使用される、請求項１から３のいずれかに記載の投影露光方法。
【請求項５】
前記第１のフォトレジスト層（ＦＬＳ１）を生成するために、前記第２の波長範囲内の前記光子の３０％未満が、前記第１のフォトレジスト層（ＦＬＳ１）内で吸収されるように選択される第１のフォトレジスト材料が使用される、請求項１から４のいずれかに記載の投影露光方法。
【請求項６】
前記第２の波長範囲内で前記第１の波長範囲内よりも大きい透過率を有する材料からなるカラーフィルタ層（ＦＦＳ）が、前記基板（ＳＵＢ）を被覆するプロセス中に前記第１のフォトレジスト層（ＦＬＳ１）と前記第２のフォトレジスト層（ＦＬＳ２）との間に生成される、請求項１から５のいずれかに記載の投影露光方法。
【請求項７】
前記焦点距離（ΔＦＯＣ）がＲＵM〜ＲＵM／４（ここにおいてＲＵM＝λM／ＮＡ2であり、λMが、前記第１の波長範囲および前記第２の波長範囲から平均された動作波長であり、ＮＡが、投影レンズの像側開口数である）の範囲内にあるように、前記投影レンズ（ＰＯ）が設計される、請求項１から６のいずれかに記載の投影露光方法。
【請求項８】
前記第１のフォトレジスト層（ＦＬＳ１）の層厚がＲＵ1〜ＲＵ1／４（ここにおいてＲＵ1＝λ1／ＮＡ2であり、λ1が、前記第１の波長範囲の重心波長であり、ＮＡが、前記投影レンズの前記像側開口数である）の範囲内にあるように、および／または、前記第２のフォトレジスト層（ＦＬＳ２）の層厚が、ＲＵ2〜ＲＵ2／４（ここにおいてＲＵ2＝λ2／ＮＡ2であり、λ2が、前記第２の波長範囲の重心波長であり、ＮＡが、前記投影レンズの前記像側開口数である）の範囲内にあるように、前記被覆が実行される、請求項１から７のいずれかに記載の投影露光方法。
【請求項９】
前記第１のフォトレジスト層（ＦＬＳ１）の前記層厚および／または前記第２のフォトレジスト層（ＦＬＳ２）の前記層厚が、５０ｎｍ〜１５００ｎｍの範囲内、特に、１００ｎｍ〜１０００ｎｍの範囲内にあるように前記被覆が実行される、請求項１から８のいずれかに記載の投影露光方法。
【請求項１０】
前記第１の波長範囲の前記重心波長と前記第２の波長範囲の前記重心波長との間のスペクトル分離Δλが少なくとも１０ｎｍである、請求項１から９のいずれかに記載の投影露光方法。
【請求項１１】
水銀灯が放射線源（ＲＳ）として使用され、前記第１の波長範囲が、およそ３６５ｎｍ（ｉ線）、およそ４０５ｎｍ（ｈ線）、およびおよそ４３６ｎｍ（ｇ線）に重心波長を有する水銀線のうち正確に１つを含み、前記第２の波長範囲が、前記水銀線のうちから正確に１つの異なる水銀線を含む、請求項１から１０のいずれかに記載の投影露光方法。
【請求項１２】
投影レンズの像平面の領域内に配置された基板を、前記投影レンズの物体平面の領域内に配置されたマスクのパターンのうちの少なくとも１つの像を用いて露光するための投影露光装置であって、
第１の波長範囲および前記第１の波長範囲から分離した第２の波長範囲を含む動作波長範囲で放射線を放出するための一次放射線源（ＲＳ）と、
前記放射線を受けるため、および前記マスク（Ｍ）上に向けられる照明放射線を生成するための照明システム（ＩＬＬ）と、
投影レンズ（ＰＯ）であって、前記投影レンズの像面（ＩＳ）の領域内に前記パターンの像を生成するための投影レンズ（ＰＯ）であり、前記第１および第２の波長範囲内の各波長により、前記基板上への前記パターンの鮮明な回折限界結像（ｄｉｆｆｒａｃｔｉｏｎ−ｌｉｍｉｔｅｄ  ｉｍａｇｉｎｇ）が同一の結像スケールで可能であるように、少なくとも前記第１の波長範囲および前記第２の波長範囲に対して補正される、投影レンズ（ＰＯ）と、を備え、
前記第１の波長範囲と関連付けられた第１の焦点領域（ＦＯＣ１）が、焦点距離（ΔＦＯＣ）によって、前記第２の波長範囲と関連付けられた第２の焦点領域（ＦＯＣ２）に対してオフセットされることを特徴とする、投影露光装置。
【請求項１３】
前記焦点距離（ΔＦＯＣ）がＲＵM〜ＲＵM／４（ここにおいてＲＵM＝λM／ＮＡ2であり、λMが、前記第１の波長範囲および前記第２の波長範囲から平均された動作波長であり、ＮＡが、前記投影レンズの像側開口数である）の範囲内にあるように、前記投影レンズ（ＰＯ）が設計される、請求項１２に記載の投影露光装置。
【請求項１４】
前記放射線源（ＲＳ）が、水銀灯を備え、前記第１の波長範囲が、およそ３６５ｎｍ（ｉ線）、およそ４０５ｎｍ（ｈ線）、およびおよそ４３６ｎｍ（ｇ線）に重心波長を有する水銀線のうち正確に１つを含み、前記第２の波長範囲が、前記水銀線のうちから正確に１つの異なる水銀線を含むことを特徴とする、請求項１２または１３に記載の投影露光装置。
【請求項１５】
第１の波長範囲および前記第１の波長範囲から分離した第２の波長範囲を含む動作波長範囲を有する放射線源の放射線を使用する投影露光方法における使用のための被覆された基板を生成するための方法であって、
前記基板（ＳＵＢ）を、第１のフォトレジスト材料からなる第１のフォトレジスト層（ＦＬＳ１）、および、前記第１のフォトレジスト層（ＦＬＳ１）と前記基板（ＳＵＢ）との間の、第２のフォトレジスト材料からなる別個に適用された第２のフォトレジスト層（ＦＬＳ２）を備える放射線感受性多層システム（ＭＳ）で被覆することを特徴とし、
前記第１のフォトレジスト材料が、第１の波長範囲において比較的高い第１の感受性、および、前記第１の波長範囲から分離した第２の波長範囲において前記第１の感受性と比較して低い第２の感受性を有し、
前記第２のフォトレジスト材料が、第２の波長範囲において第２の感受性を有する、方法。
【請求項１６】
前記第１のフォトレジスト材料および前記第２のフォトレジスト材料が、異なるスペクトル感受性特性を有する、請求項１５に記載の方法。
【請求項１７】
前記多層システム（ＭＳ）が、請求項３から６または９のうちの少なくとも１つの特性部分の特徴に従って生成される、請求項１５または１６に記載の方法。
【請求項１８】
請求項１５から１７のうちの少なくとも１つの特徴を有する方法によって獲得可能、または獲得される放射線感受性多層システム（ＭＳ）で被覆された基板。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本出願は、２０１７年９月２０日提出のドイツ特許出願第１０  ２０１６  ２１７  ９２９．２号に関する。上記特許出願の内容は、本出願の内容における明確な参照によって本明細書に組み込まれる。
【背景技術】
【０００２】
本発明は、投影レンズの像平面の領域内に配置された基板を、投影レンズの物体平面の領域内に配置されたマスクのパターンのうちの少なくとも１つの像を用いて露光するための投影露光方法、および本方法を実行するのに適した投影露光装置に関する。
マイクロリソグラフィ投影露光方法は、例えば、マイクロシステムエンジニアリングのための構造化コンポーネントなど、半導体コンポーネントおよび他の微細構造コンポーネントを生成するために、今日主に使用される。高集積半導体コンポーネントは、典型的には、複数の層を備え、そのうちの一部の層のみが、例えば、数十ナノメートルの規模で、極めて微細に構造化され、他の層は、かなり粗い構造を有する。前者の層は、具体的には、例えば、データの計算および格納などの、半導体コンポーネントの実際の主要機能を実現し、後者の層は、例えば、アドレス指定および電力供給の役割を果たす。比較的粗い典型的な寸法を有する構造は、例えば、微小電気機械システム（ＭＥＭＳ：ｍｉｃｒｏｅｌｅｃｔｒｏｍｅｃｈａｎｉｃａｌ  ｓｙｓｔｅｍｓ）または微小光電気機械システム（ＭＯＥＭＳ：ｍｉｃｒｏｏｐｔｏｅｌｅｃｔｒｏｍｅｃｈａｎｉｃａｌ  ｓｙｓｔｅｍｓ）においてなど、マイクロシステムエンジニアリングの分野においても見られる。半導体コンポーネントは、典型的には、半導体の基板から生成されるが、他の基板材料、具体的には、金属およびガラス状物質も、マイクロシステムエンジニアリングにおいて使用される。
マイクロリソグラフィ投影露光は、結像される（ｉｍａｇｅｄ）べき構造のパターン、例えば、半導体コンポーネントの層の線パターンをもつマスク（レチクル）の使用を伴う。マスクは、投影レンズの物体平面の領域内で照明システムと投影レンズとの間の投影露光装置内に位置付けられ、照明システムによって提供される照明放射により照明される。マスクおよびパターンによって変更された放射は、投影放射として投影レンズを通過し、この投影レンズが、露光されるべき基板上にマスクのパターンを結像する（ｉｍａｇｅ）。基板は、例えば、半導体ウエハであり得る。露光されるべき基板は、構造化されるべきその側面にフォトレジスト材料からなる放射線感受性（すなわち、感光性）層をもつ。上記層は、レジスト層とも称される。
【０００３】
露光プロセス中、できる限り現物に忠実であるパターンの像が基板に転写されるように、基板表面上の放射線感受性層は、露光時間間隔の間、投影レンズの像側焦点領域（ｉｍａｇｅ−ｓｉｄｅ  ｆｏｃｕｓ  ｒｅｇｉｏｎ）にあるべきである。具体的には、基板表面上に配置された層は、投影レンズの焦点深度（ＤＯＦ：ｄｅｐｔｈ  ｏｆ  ｆｏｃｕｓ）の領域にあるべきである。
１つの共通定義に従うと、焦点深度は、点像の強度がベストフォーカスの平面における強度の少なくとも８０％である、ベストフォーカスの平面に対する距離を指定する。これは、点像の直径が最大で倍増するという条件と同等である。焦点深度は、ＲＵ＝λ／ＮＡ2（ここにおいてλは、投影露光装置の動作波長であり、ＮＡは、投影レンズの像側開口数である）として規定されるレイリー単位（Ｒａｙｌｅｉｇｈ  ｕｎｉｔ）ＲＵの半分になり、焦点深度条件が満たされる領域は、したがってレイリー単位ＲＵに等しい総厚を有する。一般に、焦点深度が小さくなるほど、投影レンズの解像能力は高くなる。
コンピュータチップ上の特徴サイズのさらなる小型化は、技術的および物理的にますます難しくなっている。いくつかの場合においては、関連費用が、特徴サイズのさらなる小型化をますます魅力のないものにしている。ウエハ領域のより良好な利用の代替案として、単にウエハの表面上またはウエハの表面においてだけでなく、ウエハ内へ深さ方向に構造を生成することによって、第３の次元を利用することが代わりに可能である。
第３の次元は、例えば、必要なコンデンサが奥までエッチングされているＤＲＡＭ構造の生成のためにすでに使用されている（例えば、米国特許出願公開第２０１２／００４９２６２号を参照されたい）。別の傾向は、フラッシュメモリ構造の３次元積層である（例えば、米国特許第８，４４５，４４７（Ｂ２）号を参照されたい）。成長されるシリコン層は、結晶性ではなく非晶質であるため、比較的粗い構造のみが、電子的な理由のために機能的能力を有して生成され得、このことが理由で、一般的には、このタイプのリソグラフィプロセスの場合には１９３ｎｍまたはさらには１３ｎｍなどの比較的短い波長を使用する必要がない。
【０００４】
深層構造を生成することができるように、深さと幅との間に大きいアスペクト比を有する孔が、基板内にエッチングされなければならない。例えば、これは、例えばイオンエッチングを用いるなど、ドライエッチングプロセスを用いて行われ得る。このタイプのエッチング方法は、基板だけでなく、現像および硬化されたフォトレジストもアタックする。したがって、放射線感受性層は、小さすぎない最小厚を有するべきである。
比較的厚いフォトレジスト層の露光のため、１９３ｎｍ液浸リソグラフィの分野では、いわゆる「フォーカスドリリング（Ｆｏｃｕｓ  Ｄｒｉｌｌｉｎｇ）」を使用することが知られている。その場合に使用されるＡｒＦレーザ源は、非常に狭帯域であるため、対応する投影レンズが完全に色彩的に補正される必要がない。投影レンズの波長依存性は、主に、使用される放射線の波長に応じた（色依存の）焦点位置に存する。標的化方式でＡｒＦレーザのライン狭化モジュール（ＬＮＭ：ｌｉｎｅ  ｎａｒｒｏｗｉｎｇ  ｍｏｄｕｌｅ）を調節することによって、レーザの帯域幅を人工的に増大させることが可能である。この際、使用される帯域幅内で連続的であるスペクトルの異なる成分が、同時に、異なる焦点位置を生成する。このようにして、フォトレジスト層内でトランスイルミネートされる領域の深さにおける効果的な増加が発生する。しかしながら、効果的に使用可能な焦点深度におけるこのような増加は、ぶれ、したがって、コントラストの減少をもたらし、これが、完成した構造化基板上により粗いおよび／またはより正確性の低い限定的構造をもたらす。
【０００５】
論文：“Ｔｈｉｃｋ  Ｐｈｏｔｏｒｅｓｉｓｔ  Ｉｍａｇｉｎｇ  Ｕｓｉｎｇ  Ａ  Ｔｈｒｅｅ  Ｗａｖｅｌｅｎｇｔｈ  Ｅｘｐｏｓｕｒｅ  Ｓｔｅｐｐｅｒ”  ｂｙ  Ｂ．  Ｔｏｄｄ，  Ｗ．Ｗ．  Ｆｌａｃｋ  ａｎｄ  Ｓ．  Ｗｈｉｔｅ  ｉｎ：  ＳＰＩＥ  ＭＥＭＳ  １９９９  ＃３８７４  −４０，  ｐａｇｅｓ  １  −  １５は、放射線源として水銀灯（ｍｅｒｃｕｒｙ  ｖａｐｏｒ  ｌａｍｐ）を有するウエハステッパを使用した、大きいアスペクト比での微細構造化での応用のための３つの超厚フォトレジスト（５０μｍまたは１００μｍの層厚）の適合性について説明する。像側開口数ＮＡ＝０．１６を有する１Ｘ  Ｗｙｎｎｅ−Ｄｙｓｏｎタイプの反射屈折投影レンズが、結像のために使用される。Ｗｙｎｎｅ−Ｄｙｓｏｎタイプの投影レンズは、色収差を導入することなく広帯域露光を可能にする。露光の場合、水銀のｇ線、ｈ線、およびｉ線は、３５０ｎｍから４５０ｎｍの幅広いスペクトル範囲内で同時に使用される（ｇｈｉステッパ）。この結果は、より高いＮＡのｇｈ線ステッパおよびｉ線ステッパを用いた他の実験の結果と比較される。
高アスペクト比で基板内に深く延在する孔を生成するための別の技術は、いわゆるハードマスクを使用した多重パターニングである。例は、論文：“Ｅｖａｌｕａｔｉｏｎ  ｏｆ  ａｎ  ａｄｖａｎｃｅｄ  ｄｕａｌ  ｈａｒｄ  ｍａｓｋ  ｓｔａｃｋ  ｆｏｒ  ｈｉｇｈ  ｒｅｓｏｌｕｔｉｏｎ  ｐａｔｔｅｒｎ  ｔｒａｎｓｆｅｒ”  ｂｙ  Ｊ．  Ｐａｕｌ，  Ｍ．  Ｒｕｄｏｌｐｈ，  Ｓ．  Ｒｉｅｄｅｌ，  Ｘ．  Ｔｈｒｕｎ，  Ｓ．  Ｗｅｇｅ  ａｎｄ  Ｃ．  Ｈｏｈｌｅ  ｉｎ：  Ｐｒｏｃ．  ｏｆ  ＳＰＩＥ  ｖｏｌ．  ８６８５  ８６８５０Ｖ−１  ｔｏ  ８６８５０Ｖ−１１に見られる。このプロセスは、比較的複雑かつ高価である。さらには、各追加プロセスステップは、基板上に生成される構造のさらなるエッジ位置決めエラーをもたらし得る。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
本発明によって対処される１つの問題は、露光されるべき基板上の比較的厚い放射線感受性層の露光を、正しく位置付けられた鮮明な輪郭を有する露光ボリュームが層の厚さ全体にわたって生成可能であるように、可能にする投影露光方法を提供するというものである。さらなる問題は、本方法を実行するために適した投影露光装置を提供するというものである。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
この問題を解決するために、本発明は、請求項１の特徴を有する投影露光方法を提供する。さらには、本投影露光方法を実行するために適しており、かつ請求項１２の特徴を有する投影露光装置、および投影露光方法を実行するために適しており、かつ請求項１５の特徴を有する被覆された基板を生成するための方法が提供される。
有利な発展形態は、従属請求項内に明記される。すべての請求項の文言が、参照により本説明の内容に組み込まれる。
本投影露光方法において、基板は、放射線感受性または感光性多層システムで被覆される。多層システムは、第１のフォトレジスト層、および第１のフォトレジスト層と基板との間に配置される第２のフォトレジスト層を備える。第１のフォトレジスト層は、したがって、第２のフォトレジスト層よりも放射線入射側の近くにまたは基板から離れて位置する。
第１のフォトレジスト層は、第１のフォトレジスト材料からなり、第２のフォトレジスト層は、第２のフォトレジスト材料からなる。異なるフォトレジスト材料が第１および第２のフォトレジスト層に対して使用され得るように、フォトレジスト層は別個に適用される。結果として、多層システムの層構築の構成には多自由度が存在する。
【０００８】
多くの実施形態において、第１および第２のフォトレジスト材料は異なる。この違いは、フォトレジスト材料のスペクトル感受性特性またはフォトレジスト材料の波長依存の吸収挙動を特に考慮するものである。第１および第２のフォトレジスト層に対して同じフォトレジスト材料が使用され得る実施形態も存在する。
本出願の文脈において、「感受性」という用語は、所与の波長の入射光子がフォトレジスト層内に所望の光化学反応を引き起こす可能性を意味する。フォトレジスト層は、この意味では特定の波長範囲に対して、この波長範囲からの放射線がフォトレジスト材料内に吸収され、その結果としてこれが、フォトレジスト材料の露光されたボリュームの特性、特にフォトレジスト材料の溶解度（ｓｏｌｕｂｉｌｉｔｙ）を、非露光のボリュームに対して変更する光化学反応をトリガ（ｔｒｉｇｇｅｒ）し、その結果として露光されたセクションおよび露光されていないセクションが後続のプロセスステップにおいて異なって挙動する場合に、感受性がある。
基板から離れて配置される第１のフォトレジスト材料は、第１の波長範囲において比較的高い第１の感受性、および、第１の波長範囲から分離した第２の波長範囲において第１の感受性よりも低い第２の感受性を有する。第１のフォトレジスト材料は、第１の波長範囲において露光に適した第１の感受性（すなわち、前の段落の意味においては露光のために適している）を有することが意図される。
【０００９】
第２のフォトレジスト材料は、第２の波長範囲において露光に適した第２の感受性（すなわち、露光のために適している）を有することが意図される。「露光に適した」第２の感受性は、特に、第２の波長範囲内の光子の少なくとも１０％が第２のフォトレジスト層内に吸収される場合に存在し、このやり方で光化学反応をトリガすることができる。
放射線感受性多層システム（ｒａｄｉａｔｉｏｎ−ｓｅｎｓｉｔｉｖｅ  ｍｕｌｔｉｌａｙｅｒ  ｓｙｓｔｅｍ）で被覆された基板は、投影レンズの有効像視野（ｅｆｆｅｃｔｉｖｅ  ｉｍａｇｅ  ｆｉｅｌｄ）内で、物体平面内に配置されたパターンの像を用いて露光される。第１の波長範囲および第２の波長範囲を含む動作波長範囲を有する放射線源の放射線が露光に使用される。
これら２つの波長範囲間にある波長の場合、放射線強度および第１のフォトレジスト材料の波長依存の感受性の積は、第１の波長範囲内よりもそこでは著しく小さい値を有するべきである。さらには、放射線強度および第２のフォトレジスト材料の波長依存の感受性の積は、第２の波長範囲内よりもそこでは著しく小さい値を有するべきである。典型的に使用される光源については、波長による放射線強度の変動は、典型的なフォトレジスト材料に対しての波長による感受性の変動よりも大きい。したがって、第１の波長範囲と第２の波長範囲との間の範囲における波長の放射線強度が、第１および第２の波長範囲内よりも著しく低い場合には、上の条件は通常、容易に達成可能である。この条件は、特に、第１の波長範囲の重心波長（ｃｅｎｔｒｏｉｄ  ｗａｖｅｌｅｎｇｔｈ）と第２の波長範囲の重心波長との間に有限スペクトル分離（ｆｉｎｉｔｅ  ｓｐｅｃｔｒａｌ  ｓｅｐａｒａｔｉｏｎ）Δλが存在するという効果を有する。
本方法において、第１の波長範囲と関連付けられた第１の焦点領域（ｆｏｃｕｓ  ｒｅｇｉｏｎ）が、焦点距離（ｆｏｃａｌ  ｄｉｓｔａｎｃｅ）によって、第２の波長範囲と関連付けられた第２の焦点領域に対してオフセット（ｏｆｆｓｅｔ）されるように、第１の波長範囲および第２の波長範囲に対して補正される（ｃｏｒｒｅｃｔｅｄ）投影レンズが使用される。第１および第２の焦点領域の位置または焦点距離は、第１の焦点領域が第１のフォトレジスト層内にあり、第２の焦点領域が第２のフォトレジスト層内にあるように、放射線感受性多層システムの層構築と連携される。
【００１０】
説明されるタイプの感光性多層システムで基板を被覆することによって達成され得ることは、基板上の放射線感受性被覆が、使用される放射線のすべての波長に対して完全に等しく感受性があるわけではなく、対応する波長の焦点がある特定の波長に対して主に感受性があるということである。この場合、放射線入射側のより近くにある第１のフォトレジスト材料は、第２の波長範囲からの吸収された光子の数（光化学反応のトリガに関連して）が、比較的より低い第２の感受性が原因で、第１の波長の吸収された光子の数に関係して小さくなるように、第１の波長範囲からの放射線に対して主に反応すべきである。基板のより近くにある第２のフォトレジスト材料、または第２のフォトレジスト層は、第２の波長のそこでのより低い吸収が理由で、上に重なっている第１のフォトレジスト層から第２のフォトレジスト層へ比較的大部分が通される、または透過される第２の波長範囲からの放射線に対して主に反応すべきである。
これらの条件下で、第１のフォトレジスト層内の第１の焦点領域および第２のフォトレジスト層内の第２の焦点領域の両方において、多層システム内で露光ゾーンと非露光ゾーンとの間の遷移領域のさらなるバーリング（ａｄｄｉｔｉｏｎａｌ  ｂｕｒｒｉｎｇ）の付随なしに焦点深度の増大が生じるように、鮮明に規定された露光ゾーンが生成され得る。
【００１１】
結果として、マイクロリソグラフィ投影露光方法および投影露光装置は、ここで発生する空中像における退色またはいくつかの他のコントラストの損失なしにより厚いフォトレジスト層が露光されることが可能になるようにする。
フォトレジストは、特に、ポリマーベースまたはエポキシ樹脂ベースフォトレジストであり得る。フォトレジストは、ポジ型レジスト（ｐｏｓｉｔｉｖｅ  ｒｅｓｉｓｔ）またはネガ型レジスト（ｎｅｇａｔｉｖｅ  ｒｅｓｉｓｔ）として設計され得る。ネガ型レジストの場合、溶解度は、露光の結果として減少し、ポジ型レジストの場合、溶解度は、露光の結果として増大する。
【００１２】
第１のフォトレジスト層における第１の波長範囲内の光子の３５％を著しく超える吸収は、層内において、吸収が理由で強度が指数関数的に減少すること、および、過度に高い吸収の場合には線量の不利な深さ依存が発生し得ることから、不利であり得るということが好ましくは考慮されるべきである。現在では、第１のフォトレジスト層の生成のために、第１の波長範囲内の光子の１０％と６０％との間、特に２０％と４０％との間が第１のフォトレジスト層内で吸収されるように選択される第１のフォトレジスト材料が使用される場合には有利であると見なされる。下限に著しく達しない場合、露光されるレジストの物理化学挙動を変更するための十分に強い反応が生成されないか、または光源の強度が、十分な露光に達するように増大される必要がある。光吸収が上限を著しく上回っている場合、第１のフォトレジスト層内の露光の著しく顕著な深さ依存が発生し得、ここでは、効果的な露光は、放射線入射側からより大きい距離のところよりも、放射線入射側の付近において著しく高くなる。したがって、第１の波長範囲からの放射線の比較的大部分が、第１のフォトレジスト層内に吸収されず、むしろ第１のフォトレジスト層を透過される場合には有利であると見なされる。
好ましくは、線量の深さ依存を回避するために、第２の波長範囲内の放射線に関する第２のフォトレジスト層の場合に、類似の条件が存在すべきである。したがって、第２のフォトレジスト層を生成するために、第２の波長範囲内の光子の１０％と６０％との間、特に２０％と４０％との間が第２のフォトレジスト層内で吸収されるように選択される第２のフォトレジスト材料が使用され得る。
フォトレジスト材料は、露光中に使用される波長範囲に対する感受性特性についての特定の基準に従って選択され得る。
【００１３】
特に、第１のフォトレジスト層内に吸収される第１の波長範囲内の光子の数が、第１のフォトレジスト層内に吸収される第２の波長範囲内の光子の数よりも少なくとも５０％、特に少なくとも１００％多い、および／または、第２のフォトレジスト層内に吸収される第２の波長範囲内の光子の数が、第２のフォトレジスト層内に吸収される第１の波長範囲内の光子の数よりも少なくとも５０％、特に少なくとも１００％多いというのが事実であり得る。
好ましくは、第２の波長範囲内の光子の３０％未満が第１のフォトレジスト層内に吸収されるように選択がなされるべきである。
被覆プロセス中、第１のフォトレジスト層は、第１のフォトレジスト層を通される（透過される）放射線が、直接かつ完全に第２のフォトレジスト層に入るように、第２のフォトレジスト層に直接適用され得る。介在する中間層を提供することも可能である。１つの方法変形（ｍｅｔｈｏｄ  ｖａｒｉａｎｔ）において、第２の波長範囲内で第１の波長範囲内よりも大きい透過率（ｔｒａｎｓｍｉｓｓｉｏｎ）を有する材料からなるカラーフィルタ層が、基板を被覆するプロセス中に、第１のフォトレジスト層と第２のフォトレジスト層との間に生成される。カラーフィルタ層の材料は、光子の吸収が光化学反応をトリガするフォトレジスト材料であり得る。しかしながら、これは必須ではなく、多くの場合、実際には提供されない。吸収された光子が、それらが基板により近い第２のフォトレジスト層を通過しないという意味で失われる場合には十分である。
【００１４】
したがって、カラー選択（ｃｏｌｏｒ−ｓｅｌｅｃｔｉｖｅ）中間層（カラーフィルタ層）は、第２の波長範囲内の放射線を第２のフォトレジスト層の方向により多く透過するが、第１の波長範囲内の放射線の大部分は吸収される。この変形（ｖａｒｉａｎｔ）の１つの利点は、基板により近い第２のフォトレジスト層が、主に第２の波長範囲内の放射線に対する吸収性に対して選択され得る一方、第１の波長範囲内の放射線に関する挙動が大いに恣意的であり得るということである。この点において第２のフォトレジスト材料の要件がより少ないことから、第３のフォトレジスト層なしの変形の場合と比べて、より多くのフォトレジスト材料が、第２のフォトレジスト層を形成するために使用され得る。
特に、挿入されたカラーフィルタ層の使用により、おそらくはより複雑性の低い被覆プロセスが可能となる結果として、第１のフォトレジスト層および第２のフォトレジスト層に対して同じフォトレジスト材料を使用することも可能である。
【００１５】
第１のフォトレジスト層および／または第２のフォトレジスト層の層厚は、特定の限度内で自由に選択され得る。特に良好なプロセス結果を得るためには、第１のフォトレジスト層および／または第２のフォトレジスト層の層厚が、使用される波長における投影レンズの焦点深度特性に適合されることが有利であるようである。知られているように、焦点深度は、ＲＵ＝λ／ＮＡ2（ここにおいてλは検討中の波長であり、ＮＡは投影レンズの像側開口数である）として規定されるレイリー単位ＲＵに比例する。第１のフォトレジスト層の層厚は、好ましくは、第１の波長範囲の重心波長λ1のレイリー単位未満であるべきである。特に、第１のフォトレジスト層の層厚がＲＵ1〜ＲＵ1／４（ここにおいてＲＵ1＝λ1／ＮＡ2であり、λ1は第１の波長範囲の重心波長である）の範囲内にある場合は有利であると見なされる。代替的にまたは付加的に、対応する条件は、第２の波長範囲の重心波長λ2の関数としての第２のフォトレジスト層の層厚についても事実であり得る。層厚が指定間隔よりも小さい場合、投影露光装置によって提供される焦点深度が完全に利用されず、すなわち、フォトレジスト層は、あるべき状態よりも薄く、したがって、露光に続くエッチングプロセスにおいて、実際に可能であるよりも、下にある基板領域を保護することができるのは短い時間期間である、および／またはあまり十分に保護することができない。層厚が上記間隔よりも大きい場合、これは、層の少なくとも部分領域における像コントラストの悪化を結果としてもたらす。
代替的にまたは付加的に、波長範囲のそれぞれの重心波長λを考慮した最適化が可能である。層厚は、少なくとも、それぞれの重心波長と同じ大きさのものであり得る。層厚は、例えば、それぞれの重心波長の１００％と４００％の間の範囲内にあり得る。今日では慣習的に３５０ｎｍと４５０ｎｍの間の波長範囲内である、０．６までの値よりも著しく高い像側開口を有する投影露光装置では、層厚は、より薄い値も仮定し得る。
【００１６】
多くの適したフォトレジストの使用により、第１のフォトレジスト層および／または第２のフォトレジスト層の層厚は、およそ５０ｎｍ〜およそ１５００ｎｍの範囲内、特に１００ｎｍ〜１０００ｎｍの範囲内にあり得る。
焦点距離が、ＲＵM〜ＲＵM／４（ここにおいてＲＵM＝λM／ＮＡ2であり、λMは第１の波長範囲および第２の波長範囲から平均された動作波長であり、ＮＡは投影レンズの像側開口数である）の範囲内にあるように投影レンズが設計される場合には、さらには、より大きい深さに対して特に鋭角を有する露光が結果として生じる。これらの条件が満たされた場合には、軸方向にオフセットされた方式にある焦点領域は、概して、層インターフェースからある距離においてそれぞれ関連付けられたフォトレジスト層の内部にうまく位置付けられることができる。
すでに述べたように、第１の波長範囲の重心波長と第２の波長範囲の重心波長との間には有限スペクトル分離Δλが存在すべきであり、スペクトル分離Δλは、例えば少なくとも１０ｎｍであり得る。結果として、多層システムの異なる層における化学物理プロセスは、標的化方式で制御され、互いに独立して影響を受け得る。例えば１５ｎｍと５０ｎｍとの間の範囲内のより大きいスペクトル分離Δλは、結果として、所望の異なる感受性特性を有するスペクトル分離した領域が、根本的に利用可能なフォトレジスト材料のスペクトル吸収特性においてうまく使用され得るために、有利であり得る。
【００１７】
異なる波長範囲に対する投影露光装置の焦点距離および個々のフォトレジスト層の層厚は、互いに有利に適合される。第１の波長範囲のための焦点位置と第２の波長範囲のための焦点位置との間の距離は、好ましくは、フォトレジスト層の層厚の合計の半分から最大５０％、特に最大２０％または１０％だけ異なる。焦点距離（焦点位置間の距離）は、例えば、典型的な波長から典型的な波長の１０倍の範囲内にあり得、ここでは、典型的な波長は、例えば、すべての波長範囲にわたって平均される波長によって与えられ得る。
特に、比較的粗い構造を生成することを求める用途においては、レーザは、放射線源として要求されない。むしろ、水銀灯が放射線源として使用され、第１の波長範囲が、およそ３６５ｎｍ（ｉ線）、およそ４０５ｎｍ（ｈ線）、およびおよそ４３６ｎｍ（ｇ線）に重心波長を有する水銀線（ｍｅｒｃｕｒｙ  ｌｉｎｅ）のうち正確に１つを含み、第２の波長範囲が、上記水銀線のうちから正確に１つの異なる水銀線を含むというのが事実であり得る。さらなる手段なしに、連続した広域スペクトルの代わりに、水銀灯の放出スペクトルが、互いから明白にスペクトル分離されている別々の重心波長を提供する。
【００１８】
好ましい例示的な実施形態においては、２つのみの異なる波長範囲が、露光のために使用される（２波長露光：ｔｗｏ−ｗａｖｅｌｅｎｇｔｈ  ｅｘｐｏｓｕｒｅ）。これは、特に、比較的単純な層構築および相応して単純な被覆プロセスという利点を提供する。しかしながら、本発明は、より多くの動作波長範囲およびフォトレジスト層、例えば、３、４、５、またはそれ以上の波長範囲、およびそれに適合される、異なるフォトレジスト材料のいくつかのフォトレジスト層にまで拡大され得る。有利な状況は、いくつかの動作波長範囲が、例えば、水銀灯が使用されるときにこれらの動作波長範囲の使用が有利であり得るように、一次（ｐｒｉｍａｒｙ）放射線源の強い放出線の数に等しい場合に存在し得る。この配置は、ｎ番目の動作波長範囲において、ｎの値が小さいとさらに基板から離れるｎ番目の動作波長範囲が、リソグラフィプロセスに十分である感受性を有する一方、第１から（ｎ−１）番目のフォトレジスト層が、実質的には第１の動作波長範囲から（ｎ−１）番目の動作波長範囲に対して感受性があるのみというようなものであり得る。
【００１９】
この出願において初めて説明される、特定の特性を有する放射線感受性多層システム付きの基板は、特許請求される投影露光方法の利点をユーザが使用することを可能にする。本発明はまた、第１の波長範囲および第１の波長範囲から分離した第２の波長範囲を含む動作波長範囲を有する放射線源の放射線を使用する投影露光方法における使用のための放射線感受性多層システムを用いて基板を生成するための方法に関する。さらには、本発明は、上記方法によって獲得可能もしくは獲得されまたは生成され、かつ特定の特性を有する放射線感受性多層システムで被覆される基板に関する。
本発明はまた、投影露光装置に関し、この投影露光装置は、説明される投影露光方法がそれを用いて実行され得るように、その放射線源および投影レンズに関して設計される。
本発明のさらなる利点および態様は、特許請求項から、および以下に図を参照して説明される、本発明の好ましい例示的な実施形態の以下の説明から明らかになる。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１】感光性多層システムで被覆された基板の露光中のマイクロリソグラフィ投影露光装置のコンポーネントを示す図である。
【図２】水銀灯の典型的な放出スペクトルを概略的に示す図である。
【図３】互いに対してオフセットされている焦点領域内の２つの別個の波長範囲からの放射線で露光される２層の多層システムからの抜粋の図式の詳細を示す図である。
【図４】一方が直接的に他方の上にある２つのフォトレジスト層を有する感光性多層システムの層構築を概略的に示す図である。
【図５】一方が直接的に別の上にある３つのフォトレジスト層を有する感光性多層システムの層構築を概略的に示す図である。
【図６Ａ】本発明の例示的な実施形態の文脈における使用のためのいくつかの市販のフォトレジスト材料の吸収曲線を有する図である。
【図６Ｂ】様々な吸収係数に対して層厚に対する吸収される放射線エネルギーの比率の依存性を示す図である。
【図７】第１の例示的な実施形態に従う投影レンズを示す図である。
【図８】第２の例示的な実施形態に従う投影レンズを示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００２１】
概略的な図１は、投影レンズＰＯの像平面ＩＳの領域内に配置された基板を、投影レンズＰＯの物体平面ＯＳの領域内に配置されたマスクＭのパターンＰＡＴのうちの少なくとも１つの像を用いて露光するためのマイクロリソグラフィ投影露光装置ＷＳＣのコンポーネントを示す。
投影露光装置は、放射線源ＲＳの放射線を用いて動作される。照明システムＩＬＬは、上記放射線源の放射線を受ける、および照明野内のマスクＭのパターンに入射される照明放射線を形作るという役割を果たす。投影レンズＰＯは、光感受性基板上へパターンの構造を結像するという役割を果たす。基板は、例えば、半導体ウエハであり得る。露光されるべき基板は、投影レンズに対向する構造化されるべきその側面にフォトレジスト材料（レジスト層）からなる放射線感受性層ＭＳをもつ。
本投影露光装置は、走査タイプのものである。例証されておらず、「レチクルステージ」とも称される、マスクＭ（レチクル）を保持および操作するためのデバイスは、パターンＰＡＴが投影レンズの物体平面ＯＳ内にあるように設計され、上記物体平面は、レチクル平面とも称される。マスクは、走査動作中、スキャナドライブを用いて、この平面内で投影レンズの基準軸ＡＸに垂直の走査方向（ｙ方向）に移動可動である。露光されるべき基板は、「ウエハステージ」とも称され、かつ基板をマスクＭと同期して基準軸に垂直に走査方向（ｙ方向）に移動させるためにスキャナドライブを備えるデバイス（例証されない）を用いて運ばれる（ｃａｒｒｉｅｄ）。
水銀灯が、放射線源ＲＳとして使用される。ここでは、「放射線源」という用語は、光を放出する一次放射線源だけでなく、フィルタ、絞り（ｓｔｏｐ）、帯域幅狭化モジュール（ｂａｎｄｗｉｄｔｈ  ｎａｒｒｏｗｉｎｇ  ｍｏｄｕｌｅ）、または同様のものなど、一次放射線源によって放出された一次放射線のスペクトルを、上記放射線が照明システムに入る前に変更する役割を果たす、存在する可能性のあるデバイスも包含することが意図される。
【００２２】
図２は、水銀灯の典型的な放出スペクトルを概略的に示す。およそ３５０ｎｍおよび４５０ｎｍの範囲内の放出スペクトルは、比較的高い強度Ｉを有し、その間に比較的低い強度を有するスペクトル範囲があるという３つのスペクトル線（「水銀線」）によって特徴付けられる。およそ３６５ｎｍに重心波長を有する水銀線ｉは、「ｉ線」とも称され、およそ４０５ｎｍに重心波長を有する水銀線ｈは、「ｈ線」とも称され、およそ４３６ｎｍにある水銀線は、「ｇ線」とも称される。したがって、水銀灯は、このスペクトル範囲において、互いから明白にスペクトル分離されている３つの別々の重心波長を利用可能にし、これらの間のスペクトル分離Δλは、それぞれの場合において、２０ｎｍを著しく超え、特に３０ｎｍ以上にもなる。
投影レンズＰＯは、水銀のｇ線、ｈ線、およびｉ線の周辺の３つの波長範囲に対して補正される。これは、特に、３つの波長の各々により、基板上へのマスクのパターンの十分に鮮明な回折限界結像（ｄｉｆｆｒａｃｔｉｏｎ−ｌｉｍｉｔｅｄ  ｉｍａｇｉｎｇ）が可能であることを意味する。特に、これら３つの線の光のための結像スケールは同一である。しかしながら、３つの波長の最良の設定平面または焦点領域は、軸方向（すなわち、軸ＡＸに平行）においては一致しない。むしろ、一次軸上色収差（ｐｒｉｍａｒｙ  ｌｏｎｇｉｔｕｄｉｎａｌ  ｃｈｒｏｍａｔｉｃ  ａｂｅｒｒａｔｉｏｎ）および／または二次軸上色収差（ｓｅｃｏｎｄａｒｙ  ｌｏｎｇｉｔｕｄｉｎａｌ  ｃｈｒｏｍａｔｉｃ  ａｂｅｒｒａｔｉｏｎ）は、それらが消滅しないが小さい有限値を有するように設定され、その結果として、３つの重心波長のための最良の設定平面は、有限絶対値によって、それぞれの場合において、例えばレイリー単位の規模で、互いに対して軸方向に間隔を保たれる。この偏差は、「焦点距離」（ΔＦＯＣ）とも称される。
【００２３】
投影レンズを用いて実行され得る投影露光方法は、この状況を特定のやり方で使用し、それは、特に図３と関連してさらに詳細に説明される。
露光のための基板の準備中に、基板は、構造化されるべきまたは露光に供されるべきその側面において放射線感受性多層システムＭＳの形態にある放射線感受性層で被覆される。多層システムＭＳは、第１のフォトレジスト材料からなる第１のフォトレジスト層ＦＬＳ１、ならびに、第１のフォトレジスト材料とは化学的におよびその光化学特性に関して異なる第２のフォトレジスト材料からなる第２のフォトレジスト層ＦＬＳ２を備える。第２のフォトレジスト層ＦＬＳ２は、第１のフォトレジスト層ＦＬＳ１と基板ＳＵＢとの間に配置される。結果として、投影レンズの出口側端から出る投影放射線は、まず、第１のフォトレジスト層ＦＬＳ１に達する。その後、第１のフォトレジスト層内に吸収されない放射線の部分が、第２のフォトレジスト層ＦＬＳ２に達する。２つのフォトレジスト層間の違いは、主に、波長に対するフォトレジスト材料の感受性の依存性にある。
【００２４】
第１のフォトレジスト材料は、それが重心波長λ1周辺の第１の波長範囲において比較的高い感受性を有するように選択され、その結果として、第１の波長範囲からの入射光子が比較的高い確率で所望の光化学反応を第１のフォトレジスト層内で引き起こす可能性は比較的高い。対照的に、重心波長λ2周辺の第２の波長範囲においては、第１のフォトレジスト材料の感受性は、第１の感受性と比べて著しく低く、その結果として、第２の波長範囲からの光子は、第１の波長範囲内のものよりも比較的小さい規模で第１のフォトレジスト層ＦＬＳ１内に吸収され、したがって、上記第２の波長範囲からの光子の大部分が、下にある第２のフォトレジスト層ＦＬＳ２へと浸透することができる。上記第２の波長範囲において、第２のフォトレジスト層ＦＬＳ２が構築される第２のフォトレジスト材料は、露光に十分な第２の感受性を有し、その結果として、第２の波長は、第２のフォトレジスト層ＦＬＳ２内でかなりの程度まで光化学反応を引き起こすことができ、上記反応が、第２のフォトレジスト材料の特性、特に第２のフォトレジスト材料の溶解度を変更する。
そのような感光性層の多層構築は、従来の被覆技術を使用して高品質で産出可能である。例として異なるフォトレジスト材料の２つの層は、スピンコーティング（ｓｐｉｎ−ｃｏａｔｉｎｇ）によって基板に連続して適用され得る。
【００２５】
投影露光方法の露光フェーズにおいて、放射線感受性多層システムＭＳで被覆された基板は、投影露光装置を用いて露光される。この場合、放射線源ＲＳは、３つの水銀線のうちの２つが同時にまたは同期して、すなわち、例えば、ｈ線と併せてｉ線、ｇ線と併せてｉ線、またはｇ線と併せてｈ線が、使用されるように設定される。また、２つの選択された線のうちの一方が、第１の波長範囲に対応し、第２の選択された線が第２の波長範囲に対応する。
図１〜図３の概略的な例の場合において、投影レンズＰＯは、投影レンズの像平面ＩＳに対する露光されるべき基板の適した配置を前提として、第１の波長の最良の設定平面、すなわち、第１の焦点領域ＦＯＣ１が、基板から離れている第１のフォトレジスト層ＦＬＳ１の内側にあるが、第２の波長の最良の設定平面、すなわち、第２の焦点領域ＦＯＣ２が、第２のフォトレジスト層ＦＬＳ２内に基板のより近くにあるように、光学的に補正される。
したがって、異なる焦点位置が理由で、第１のフォトレジスト層ＦＬＳ１内では、露光から生じるレジスト像が、λ1周辺の第１の波長範囲の空中像によって主に決定される一方、λ2周辺の第２の波長範囲の空中像は、第２のフォトレジスト層ＦＬＳ２内でより基板に近いレジスト像を決定する。
【００２６】
感光性層の多層構築によって達成されることは、感光性層が、すべての波長に対して、完全に、すなわち、深さ全体にわたって（ｚ方向に）、均等に感受性があるわけではなく、むしろ、対応する波長の焦点領域がある特定の波長範囲または特定の波長に対して主に感受性があるということである。これらの条件の下、互いの間にスペクトル分離を伴っている別々の波長に対して軸方向にオフセットされた２つの焦点位置を有するそのような空中像は、さらなるぶれなしに、比較的厚いレジスト内での焦点深度の増大をもたらし得る。
本発明の例示的な実施形態の文脈における使用のための感光性多層システムＭＳの基本層構築に関する２つの代替案は、図４および図５を参照して説明される。図４は、まず第２のフォトレジスト層ＦＬＳ２が基板に適用され、次いで第１のフォトレジスト層が、さらなるフォトレジスト層の介在なしに第２のフォトレジスト層に直接適用されるという変形を概略的に示す。２つのフォトレジスト層は、例えばスピンコーティングにより、連続して適用され得る。
基板から離れており、かつ「上（ｕｐｐｅｒ）」層とも称され得る第１のフォトレジスト層ＦＬＳ１は、この場合、第１の波長範囲（重心波長λ1を有する）からの光を比較的大いに吸収するが、第２の波長範囲（重心波長λ2を有する）からの光を第２のフォトレジスト層ＦＬＳ２へ大部分は透過するフォトレジスト材料からなるべきである。フォトレジスト層の場合、本出願の文脈において、「吸収する」および「光化学反応をトリガする」という２つの用語は、この文脈では実質的に同義語である。基板により近く、かつ「下（ｌｏｗｅｒ）」層とも称される第２のフォトレジスト層ＦＬＳ２は、第２の波長範囲内の光を十分に大いに吸収するが、第１の波長範囲内の光を大部分は透過するフォトレジスト材料からなるべきである。
【００２７】
第１の波長範囲に対してのより大きい透過率（すなわち、比較的低い感受性）の要求は、それがなければ第１のフォトレジスト層ＦＬＳ１内での露光の過度に大きい深さ依存が生じるために、第１の波長の光の大部分が上のフォトレジスト層（第１のフォトレジスト層ＦＬＳ１）を透過すべきであるということに由来する。第１のフォトレジスト層では、特定の吸収率または感受性が、第１の波長範囲内の光子のおよそ１０％およびおよそ３０％〜５５％が第１のフォトレジスト層ＦＬＳ１内に吸収され、その結果として、第１の波長範囲の大部分が透過されるように選択される第１のフォトレジスト材料が使用される場合には便宜的であることが分かっている。
代替の変形は、図５に概略的に例証される。この例示的な実施形態において、基板からより離れている第１のフォトレジスト層ＦＬＳ１と基板により近い第２のフォトレジスト層ＦＬＳ２との間には、第１の波長範囲（基板からより離れている第１のフォトレジスト層ＦＬＳ１の露光のために主に使用されることが意図される）内よりも、第２の波長範囲（第２のフォトレジスト層ＦＬＳ２の露光のために主に使用されることが意図される）内で大きい透過率を有するように選択される材料からなるカラーフィルタ層ＦＦＳが配置されている。
【００２８】
この変形の１つの利点は、第１の波長範囲内の光に対する上流のカラーフィルタ層ＦＦＳによる保護が理由で、基板により近い下層（第２のフォトレジスト層ＦＬＳ２）が、第２の波長範囲内の光を十分に吸収するという特性を実現させるだけでよい、すなわち、比較的高い第２の感受性を有するということである。また、第１の波長範囲内の光に対する感受性は、カラーフィルタ層ＦＦＳによる防御が理由で、上記光の比較的大部分が第２のフォトレジスト層ＦＬＳ２へと通過することができないために、恣意的であり得る。介在カラーフィルタ層を有する変形の場合、原則として、第１および第２のフォトレジスト層を同じフォトレジスト材料から生成することが可能である。
「２波長露光」のいくつかの具体的な例示的な実施形態が、本明細書で説明される原理を例証するために以下に示される。
図６Ａ内の図は、いくつかの市販のフォトレジスト材料またはレジスト材料の吸収曲線を概略的に示す。図において、吸収係数ＡＢＳ（１／μｍの単位）は、それぞれの場合において、波長λ（［ｎｍ］）の関数として示される。曲線は、ソース：http//www.microchemicals.com/downloads/application_notes.htmlの通り、ＭｉｃｒｏＣｈｅｍｉｃａｌｓからのフォトレジストを表す。曲線称号ＦＬ１、ＦＬ２、・・・ＦＬ７の商用称号ＡＺ（登録商標）ＸＸＸへの割り当ては、以下の通りである。ＦＬ１＝ＡＺ（登録商標）９２６０、ＦＬ２＝ＡＺ（登録商標）４５６２、ＦＬ３（登録商標）＝ＡＺ  ６６３２、ＦＬ５＝ＡＺ（登録商標）１５１２ＨＳ、ＦＬ６＝ＡＺ（登録商標）７０１ＭｉＲ、およびＦＬ７＝ＡＺ（登録商標）５２１４Ｅ。
【００２９】
用いられるフォトレジストの吸収係数は、対応する波長の入射光子が、層厚に応じて、どれくらいの比率で吸収されるかを計算するために使用され得る。吸収係数は、通常、単位１／μｍで指定される。典型的な値は、０．５／μｍ〜１／μｍの範囲内にある。これは、フォトレジスト層に入射する放射線がどれくらいの比率でそこに吸収されるかを明らかにする。図６Ｂは、４つの異なる吸収係数ＡＢＳに対して層厚ＤＳに対する吸収される放射線エネルギーの比率ＰＨ−ＡＢＳの依存を示す図を示す。例証される曲線は、低線量でのまたは低強度での露光に適用可能である。化学的に増幅されないフォトレジスト、すなわち、特に、水銀灯のｇ線、ｈ線、およびｉ線の領域で通常は使用されるフォトレジストは、漂白の現象を呈する。ここでのフォトレジストによる光子の吸収は、フォトレジストがさらなる入射光子に対してさらに透過的になるという効果を有する。フォトレジストの露光に典型的に使用されるものなどの、十分に強い光線量では、したがって、効果的に、図面に例証されるものよりも低い比率のエネルギーが吸収される。
【００３０】
第１の具体的な例示的な実施形態においては、図４に従う層構築が選択される。基板近くの第２の層（ＦＬＳ２）は、８００ｎｍの層厚を有し、ＡＺ（登録商標）４５６２（曲線ＦＬ２）からなる。基板から離れた第１の層ＦＬＳ１は、８００ｎｍの層厚を有し、ＡＺ  ９２６０（ＦＬ１）からなる。この例示的な実施形態において、ｈ線は、第１の波長範囲に対応し、ｇ線は、第２の波長範囲に対応する。上層（ＦＬＳ１）は、事実上ｈ線のみに反応する。基板により近い下層（ＦＬＳ２）は、ｈ線およびｇ線にほぼ同等の程度で反応する。しかしながら、ｈ線放射線のかなりの割合が、すでに上層（第１のフォトレジスト層ＦＬ１）内に吸収されているため、下層（第２のフォトレジスト層ＦＬＳ２）の露光は、ｇ線放射線で占められる。この所望の効果は、水銀灯が一般的には、ｈ線よりも大きい強度でｇ線を放出するということによって強化される（図２を参照されたい）。
【００３１】
第２の具体的な例示的な実施形態においては、図４に従う層構築がもう一度選択される。この例示的な実施形態では、ｉ線およびｇ線が露光のために使用される。基板から離れた第１のフォトレジスト層ＦＬＳ１（層厚８００ｎｍ）は、ＡＺ（登録商標）９２６０（ＦＬ１に対応する）からなる一方、基板に近い第２のフォトレジスト層ＦＬＳ２（層厚８００ｎｍ）は、ＡＺ（登録商標）７０１ＭｉＲ（ＦＬ６に対応する）からなる。基板から離れた上層（ＦＬＳ１）は、第１の具体的な例に対して変わりがなく、下層は、ここでは、できる限りｇ線の光のみに反応することが意図される材料からなる。これは、エネルギー性がいくらか高いｉ線の光子が、ｇ線の光子によってもトリガされ得る反応もトリガし得るため、限られた範囲内で達成可能である。したがって、ｉ線に対する極小値の感受性を有するフォトレジスト材料を使用することが便宜的である。放射線源が典型的には、ｉ線よりもいくらか大きい強度でｇ線を放出し、より大きい比率のｉ線光子が、第１のフォトレジスト層ＦＬＳ１内にすでに吸収されているため、このようにして達成され得ることは、第２のフォトレジスト層ＦＬＳ２における光子の吸収がｇ線の光子で占められるということである。
【００３２】
第３の具体的な例示的な実施形態においては、図４に従う層構築がもう一度選択される。この例示的な実施形態では、ｉ線およびｇ線が露光のために使用される。第２の例示的な実施形態と比較して、未変更の層厚（８００ｎｍ）を有する上層（ＦＬＳ１）が、ＡＺ（登録商標）９２６０（ＦＬ１に対応する）と比較してｉ光に対してより高い吸収を有するＡＺ（登録商標）１５１２ＨＳ（曲線ＦＬ５に対応する）によって置き換えられた。第２のフォトレジスト層は未変更のままである。この修正形態によって達成されることは、より少ないｉ線光子が露光のために必要とされることであり、これは望ましい効果と見なされ得る。しかしながら、ｇ線光子もまた、上層の露光にかなり寄与し、これはおそらくは望ましくない場合がある。
第４の具体的な例示的な実施形態においては、図５に従う層構築が選択され、すなわち介在カラーフィルタ層ＦＦＳを有する。ｇ線（第２の波長として）およびｉ線（第１の波長として）のためのこの例示的な実施形態は、このように追加のカラー選択中間層を使用する。ＡＺ（登録商標）５２１４Ｅ（ＦＬ７に対応する）からなる上層（第１のフォトレジスト層ＦＬＳ１）は、８００ｎｍの層厚を有し、かつｇ線光に対して事実上感受性がなく、その結果として、事実上ｉ線光のみが露光に寄与する。ＡＺ（登録商標）６６３２（ＦＬ３に対応する）からなる下層（第２のフォトレジスト層ＦＬＳ２）は、８００ｎｍの層厚を有し、そのｇ線感受性、すなわちｉ線放射線に対するその挙動が無関係であることが主に理由で選択される。これら２つのレジスト間において、９０ｎｍ厚カラーフィルタ層ＦＦＳが、中間層として使用され、ｉ線光が第２のフォトレジスト層ＦＬＳ２を事実上透過することができないように、ｉ線をフィルタアウトまたはブロックする。
【００３３】
例として、ｉ線のための底部反射防止被覆（ＢＡＲＣ：ｂｏｔｔｏｍ  ａｎｔｉｒｅｆｌｅｃｔｉｖｅ  ｃｏａｔｉｎｇ）が、カラーフィルタ層として使用され得る。ＢＡＲＣは、対応する光の背面反射を防ぐことが意図され、したがって対応する波長（ここではｉ線）に対して強い吸収性がある。ＢＡＲＣの行動のさらなる機序は、ＢＡＲＣ内での放射線の多重反射の結果としての干渉にある。カラーフィルタ層ＦＦＳの特定の層厚を考慮すると、上層（ＦＬＳ１）内へのｉ線放射線の背面反射は、抑制される。背面反射光は、レジスト内の入射光との重ね合わせ（ｓｕｐｅｒｉｍｐｏｓｉｔｉｏｎ）の結果として、振動曲線として知られる望ましくない重ね合わせを発生させ得る。後者は、厚いレジスト層の場合に特に発生し得る。ＡＺ（登録商標）ＢＡＲＬｉ  ＩＩ  ９０の場合、この背面反射の抑制が起こる厚さは９０ｎｍである。
ＢＡＲＣの厚さが５０％（例えば１３５ｎｍまで）増大される場合、ｉ線放射線の最小というよりも最大の背面反射が発生する。これは、振動曲線がさらに強くなり得るという欠点を有するが（より薄い層の場合には特定の状況下では弱い効果しか有さない）、代わりに、改善された防御という利点をもたらし、その結果として、望ましくない様式でカラーフィルタ層に浸透することができるｉ線放射線はより少ない。
【００３４】
様々なタイプの投影レンズが、本方法を実行するために使用され得る。例として、屈折投影レンズ、すなわち、屈折力を呈するすべての光学素子（特にレンズ素子）が動作波長範囲内で透過性である材料からなる投影レンズを使用することが可能である。投影レンズが、反射屈折投影レンズ、すなわち、透過性光学素子（例えば、レンズ素子）に加えて、少なくとも１つの曲面鏡、特に凹面鏡が投影ビーム経路内に提供される投影レンズであることも可能である。
適した反射屈折投影レンズは、一次および／または二次軸上色収差を変更するための修正形態によって、例えば、米国特許第７，７６０，４５２Ｂ２号に示される例から開発され得る。縮小レンズ、すなわち、縮小スケール（例えば、１：４または１：５）で像平面または基板上にパターンを結像する投影レンズが好ましくは使用される。投影光学ユニット内の光学素子の必要な数およびサイズが開口数に伴って著しく増大するため、ＮＡ＝０．５またはＮＡ＝０．６〜ＮＡ＝０．８またはＮＡ＝０．９３の範囲内の像側開口数ＮＡは、多くの場合、達成可能な解像度と投影露光装置の製作費用との間の良好な妥協を提供する。
【００３５】
図７および図８は、極端な広帯域補正を呈する例示的な実施形態を示す。米国特許第７，７６０，４５２（Ｂ２）号は、本設計の一般的な補正原則に関する情報を提供する。本設計は、米国特許第７，７６０，４５２（Ｂ２）号より図３ａの実施形態から発展されている。本設計は、水銀のｇ線（４３６ｎｍ）、ｈ線（４０５ｎｍ）、およびｉ線（３６５ｎｍ）周辺の波長範囲に対して補正される。この点に関して、米国特許第７，７６０，４５２（Ｂ２）号の開示は、参照により本説明の内容に組み込まれる。
米国特許第７，７６０，４５２（Ｂ２）号に対する唯一の修正は、一次および／または二次軸上色収差が、消滅せず、むしろ小さい有限値を有し、その結果として、３つの重心波長のための最良の設定平面が、有限絶対値（例えば、レイリー単位ＲＵの規模で）によって、互いに対して軸方向に変位されるということである。一次および二次の両方の軸上色収差が、設計において補正可能である（そうでなければスペクトル帯域幅特性は保証されない）ため、一連の焦平面は、先験的に自由に選択可能である。
図７および図８の例（またはそれぞれ表７、表７Ａ、表８、表８Ａ）において、ｉ線の設定平面は、中央のｈ線の後ろおよそ１．５μｍ、ｇ線の設定平面は、中央のｈ線の前１．５μｍにある（すなわち、焦点距離は、それぞれの場合においておよそ１．５μｍである）。これは、一次軸上色収差のわずかな離調によって達成され得る。離調は、本設計を米国特許第７，７６０，４５２（Ｂ２）号からの先行技術と差別化する構造的方策がほとんど認識できないほどにわずかである。
【００３６】
図７の投影レンズ７００の例示的な実施形態は、一次軸上色収差のわずかな離調の違いを伴うが、米国特許第７，７６０，４５２（Ｂ２）号の図３ａからの設計と非常に類似している。図７の設計において、レチクル近くのシステム部内の絞り平面（ｓｔｏｐ  ｐｌａｎｅ）が、システム内の瞳位置を規定する。上記絞り平面は、フロントシステム部全体によってレチクル領域内へ結像される。しかしながら、この結像は、色彩的にかなり補正不足であり、入射瞳の位置が波長により異なり、したがってシステムが異なる波長に対してレチクルにおいて異なるテレセントリック挙動を呈するという結果を伴う。
瞳結像の色彩補正は、ハッチ近くのレンズ部、すなわち、特にレチクル近くのレンズ部および中間像を色彩的に補正することによって達成され得る。図８の投影レンズ８００の例において、瞳結像の上記色彩補正は、レチクル平面の直接下流にある無彩色の過剰補正ダブレット（ｄｏｕｂｌｅｔ）ＤＢの使用によって達成することができた。
図面の図に示される投影レンズの仕様は、本説明の最後にまとめられた表に示され、この表の数字は、図面の対応する図の数字に対応する。
【００３７】
表は、それぞれの設計の仕様を表形式で要約している。この場合、「ＳＵＲＦ」の欄は、屈折面または何らかの他のやり方で区別される表面の数を示し、「ＲＡＤＩＵＳ」の欄は、表面の半径ｒ（ｍｍ）を示し、「ＴＨＩＣＫＮＥＳＳ」の欄は、表面とそれに続く表面との間の、厚さとして指定される距離ｄ（ｍｍ）を示し、「ＭＡＴＥＲＩＡＬ」の欄は、光学コンポーネントの材料を示す。「ＩＮＤＥＸ１」、「ＩＮＤＥＸ２」、および「ＩＮＤＥＸ３」の欄は、設計動作波長４０５．０ｎｍ（ＩＮＤＥＸ１）、および３６５．５ｎｍ（ＩＮＤＥＸ２）、および４３６．０ｎｍ（ＩＮＤＥＸ３）における材料の屈折率を示す。「ＳＥＭＩＤＩＡＭ」の欄は、使用可能な、レンズ素子または光学素子の自由半径（ｆｒｅｅ  ｒａｄｉｉ）または自由光学半径（ｆｒｅｅ  ｏｐｔｉｃａｌ  ｓｅｍｉｄｉａｍｅｔｅｒｓ）（ｍｍ）を示す。半径ｒ＝０（「ＲＡＤＩＵＳ」の欄内）は、平面に対応する。いくつかの光学表面は非球面である。「Ａ」の付いた表は、対応する非球面データを示し、ここでは、非球面表面は、以下の仕様に従って計算される。
【００３８】
ｐ（ｈ）＝［（（１／ｒ）ｈ2）／（１＋ＳＱＲＴ（１−（１＋Ｋ）（１／ｒ）2ｈ2））］＋Ｃ１*ｈ4＋Ｃ２*ｈ6＋．．．．
この場合、半径の逆数（ｒｅｃｉｐｒｏｃａｌ）（１／ｒ）は、面曲率（ｓｕｒｆａｃｅ  ｃｕｒｖａｔｕｒｅ）を示し、ｈは、表面点（ｓｕｒｆａｃｅ  ｐｏｉｎｔ）と光軸との間の距離（すなわち、ビーム高さ）を示す。結果として、ｐ（ｈ）は、矢状方向高さ、すなわち、ｚ方向（光軸の方向）における表面点と表面頂点（ｓｕｒｆａｃｅ  ｖｅｒｔｅｘ）との間の距離を示す。定数Ｋ、Ｃ１、Ｃ２・・・は、「Ａ」の付いた表内に表される。円錐定数Ｋが０に等しい場合、上の式を以下のように単純化することができる。
ｐ（ｈ）＝ｒ−ＳＱＲＴ（ｒ2−ｈ2）＋Ｃ１*ｈ4＋Ｃ２*ｈ6＋．．．．
【００３９】
例示的な実施形態の投影レンズは、像側開口数ＮＡ＝０．５のために設計される。物体高さは、それぞれの場合において６２ｍｍである。
【表７】
2019530024.tif 000003
（表７）（表中、「，」は小数点「．」を意味する。）
【表７Ａ】
2019530024.tif 000004
（表７Ａ）（表中、「，」は小数点「．」を意味する。）
【表８】
2019530024.tif 000005
（表８）（表中、「，」は小数点「．」を意味する。）
【表８Ａ】
2019530024.tif 000006
（表８Ａ）（表中、「，」は小数点「．」を意味する。）
【図１】
2019530024.tif 000007
【図２】
2019530024.tif 000008
【図３】
2019530024.tif 000009
【図４】
2019530024.tif 000010
【図５】
2019530024.tif 000011
【図６Ａ】
2019530024.tif 000012
【図６Ｂ】
2019530024.tif 000013
【図７】
2019530024.tif 000014
【図８】
2019530024.tif 000015
【国際調査報告】
2019530024.tif 000016
2019530024.tif 000017
2019530024.tif 000018
2019530024.tif 000019