(57)【要約】      （修正有）【課題】ｉ線より短波長において発生した余分なスペクトルを捨てることなく効率よく利用することにより、リソグラフィ全体の光の利用効率を向上させる。【解決手段】光源から基板に至る経路において、伝導帯と価電子帯とのバンドギャップ波長が３６５ｎｍ近傍である材料を配置し、光源から出射された光のうちバンドギャップ波長以下の光を受けて、価電子帯における電子を伝導帯における何れか一のエネルギー準位に励起させ、この励起された電子に基づいて伝導帯からバンドギャップ波長の光を放出する。【選択図】図２
2008015098.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
伝導帯と価電子帯とのバンドギャップ波長が３６５ｎｍ近傍である材料で構成され、光源から出射された光のうち上記バンドギャップ波長以下の光を受けて、上記価電子帯における電子を上記伝導帯における何れか一のエネルギー準位に励起させ、この励起された電子に基づいて上記伝導帯からｉ線に対応する光を放出すること
を特徴とするフォトマスク。
【請求項２】
伝導帯と価電子帯とのバンドギャップ波長が４０５ｎｍ近傍である材料で構成され、光源から出射された光のうち上記バンドギャップ波長以下の光を受けて、上記価電子帯における電子を上記伝導帯における何れか一のエネルギー準位に励起させ、この励起された電子に基づいて上記伝導帯からｈ線に対応する光を放出すること
を特徴とするフォトマスク。
【請求項３】
伝導帯と価電子帯とのバンドギャップ波長が４３６ｎｍ近傍である材料で構成され、光源から出射された光のうち上記バンドギャップ波長以下の光を受けて、上記価電子帯における電子を上記伝導帯における何れか一のエネルギー準位に励起させ、この励起された電子に基づいて上記伝導帯からｇ線に対応する光を放出すること
を特徴とするフォトマスク。
【請求項４】
上記材料は、AlxGa1-x N、MgxZn1-xO、InxGa1-xN（0≦x≦1）、ダイヤモンドの何れかであること
を特徴とする請求項１〜３のうち何れか１項記載のフォトマスク。
【請求項５】
光源から出射された光により、フォトマスクのパターン像を、複数の光学素子を介して感光性基板に投影する露光装置において、
上記光源から上記感光性基板に至る経路において、伝導帯と価電子帯とのバンドギャップ波長が３６５ｎｍ近傍である材料が配置され、
上記材料は、上記光源から出射された光のうち上記バンドギャップ波長以下の光を受けて、上記価電子帯における電子を上記伝導帯における何れか一のエネルギー準位に励起させ、この励起された電子に基づいて上記伝導帯からｉ線に対応する光を放出すること
を特徴とする露光装置。
【請求項６】
光源から出射された光により、フォトマスクのパターン像を、複数の光学素子を介して感光性基板に投影する露光装置において、
上記光源から上記感光性基板に至る経路において、伝導帯と価電子帯とのバンドギャップ波長が４０５ｎｍ近傍である材料が配置され、
上記材料は、上記光源から出射された光のうち上記バンドギャップ波長以下の光を受けて、上記価電子帯における電子を上記伝導帯における何れか一のエネルギー準位に励起させ、この励起された電子に基づいて上記伝導帯からｈ線に対応する光を放出すること
を特徴とする露光装置。
【請求項７】
光源から出射された光により、フォトマスクのパターン像を、複数の光学素子を介して感光性基板に投影する露光装置において、
上記光源から上記感光性基板に至る経路において、伝導帯と価電子帯とのバンドギャップ波長が４３６ｎｍ近傍である材料が配置され、
上記材料は、上記光源から出射された光のうち上記バンドギャップ波長以下の光を受けて、上記価電子帯における電子を上記伝導帯における何れか一のエネルギー準位に励起させ、この励起された電子に基づいて上記伝導帯からｇ線に対応する光を放出すること
を特徴とする露光装置。
【請求項８】
上記材料は、AlxGa1-x N、MgxZn1-xO、InxGa1-xN（0≦x≦1）、ダイヤモンドの何れかであること
を特徴とする請求項５〜７のうち何れか１項記載の露光装置。
【請求項９】
光源から出射された光により、フォトマスクのパターン像を、複数の光学素子を介して感光性基板に投影する露光方法において、
上記光源から上記感光性基板に至る経路において、伝導帯と価電子帯とのバンドギャップ波長が３６５ｎｍ近傍である材料を配置し、
上記光源から出射された光のうち上記バンドギャップ波長以下の光を受けて、上記価電子帯における電子を上記伝導帯における何れか一のエネルギー準位に励起させ、この励起された電子に基づいて上記伝導帯からｉ線に対応する光を放出すること
を特徴とする露光方法。
【請求項１０】
光源から出射された光により、フォトマスクのパターン像を、複数の光学素子を介して感光性基板に投影する露光方法において、
上記光源から上記感光性基板に至る経路において、伝導帯と価電子帯とのバンドギャップ波長が４０５ｎｍ近傍である材料を配置し、
上記光源から出射された光のうち上記バンドギャップ波長以下の光を受けて、上記価電子帯における電子を上記伝導帯における何れか一のエネルギー準位に励起させ、この励起された電子に基づいて上記伝導帯からｈ線に対応する光を放出すること
を特徴とする露光方法。
【請求項１１】
光源から出射された光により、フォトマスクのパターン像を、複数の光学素子を介して感光性基板に投影する露光方法において、
上記光源から上記感光性基板に至る経路において、伝導帯と価電子帯とのバンドギャップ波長が４３６ｎｍ近傍である材料を配置し、
上記光源から出射された光のうち上記バンドギャップ波長以下の光を受けて、上記価電子帯における電子を上記伝導帯における何れか一のエネルギー準位に励起させ、この励起された電子に基づいて上記伝導帯からｇ線に対応する光を放出すること
を特徴とする露光方法。
【請求項１２】
上記材料は、AlxGa1-x N、MgxZn1-xO、InxGa1-xN（0≦x≦1）、ダイヤモンドの何れかであること
を特徴とする請求項９〜１１のうち何れか１項記載の露光方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、フォトマスク、露光装置及び方法に関し、特に光源から照射された光を高効率に活用する際に好適なフォトマスク、露光装置及び方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、半導体素子などの製造に使用される露光装置 は、フォトマスク上に形成された回路パターンを、投影光学系を介してウエハ等の感光性基板上に投影転写する。感光性基板上にはレジストが塗布されており、投影光学系を介した投影露光によりレジストを感光させてマスクパターンに対応したレジストパターンを得ている。通常、このレジストは紫外線や可視光線に感光する。
【０００３】
ところで近年、半導体微細加工技術の発展により、量子力学的効果が顕著に現れるサイズまでに微細な構造をもつ半導体素子が実現され、また、この量子力学的効果を利用した半導体素子や、ナノメータサイズまで小型化させた偏光素子を初めとしたナノデバイスも提案されている。このようなナノデバイスを微細加工する際には、露光光源としてｇ線より波長の短いｉ線を用いるほうが、より解像度を向上させることができることから、望ましいものといえる。従来において、このｉ線を利用して露光を行う装置が提案されている（例えば、特許文献１参照。）
【０００４】
図５は、光源としてのＨｇランプから出射された光のスペクトル分析結果を示している。ｉ線（３６５ｎｍ）、ｈ線（４０５ｎｍ）、ｇ線（４３６ｎｍ）に関しては高強度のスペクトルが観察されるが、さらに、このｉ線よりも短波長において、多くのスペクトルが発生している（以下、これらｉ線より短波長において発生したスペクトルを余分なスペクトルという。）。従来においては、このようなＨｇランプから出射された光のうちｉ線に相当する波長の光成分のみを利用し、余分なスペクトルは特に活用されることなくそのまま捨てていた。このため、Ｈｇランプから出射される光を効率よく活用することができないという問題点があった。
【特許文献１】特開２００２−２４８３３８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
そこで、本発明は、上述した問題点に鑑みて案出されたものであり、その目的とするところは、ｉ線より短波長において発生した余分なスペクトルを捨てることなく効率よく利用することにより、リソグラフィ全体の光の利用効率を向上させることが可能なフォトマスク、露光装置及び方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明に係るフォトマスクは、上述した課題を解決するために、伝導帯と価電子帯とのバンドギャップ波長が３６５ｎｍ近傍である材料で構成され、光源から出射された光のうち上記バンドギャップ波長以下の光を受けて、上記価電子帯における電子を上記伝導帯における何れか一のエネルギー準位に励起させ、この励起された電子に基づいて上記伝導帯からｉ線に対応する光を放出することを特徴とする。
【０００７】
また、本発明に係るフォトマスクは、上述した課題を解決するために、伝導帯と価電子帯とのバンドギャップ波長が４０５ｎｍ近傍である材料で構成され、光源から出射された光のうち上記バンドギャップ波長以下の光を受けて、上記価電子帯における電子を上記伝導帯における何れか一のエネルギー準位に励起させ、この励起された電子に基づいて上記伝導帯からｈ線に対応する光を放出することを特徴とする。
【０００８】
さらに、本発明に係るフォトマスクは、上述した課題を解決するために、伝導帯と価電子帯とのバンドギャップ波長が４３６ｎｍ近傍である材料で構成され、光源から出射された光のうち上記バンドギャップ波長以下の光を受けて、上記価電子帯における電子を上記伝導帯における何れか一のエネルギー準位に励起させ、この励起された電子に基づいて上記伝導帯からｇ線に対応する光を放出することを特徴とする。
【０００９】
本発明に係る露光装置は、上述した課題を解決するために、光源から出射された光により、フォトマスクのパターン像を、複数の光学素子を介して感光性基板に投影する露光装置において、上記光源から上記感光性基板に至る経路において、伝導帯と価電子帯とのバンドギャップ波長が３６５ｎｍ近傍である材料が配置され、上記材料は、上記光源から出射された光のうち上記バンドギャップ波長以下の光を受けて、上記価電子帯における電子を上記伝導帯における何れか一のエネルギー準位に励起させ、この励起された電子に基づいて上記伝導帯からｉ線に対応する光を放出することを特徴とする。
【００１０】
また、本発明に係る露光装置は、上述した課題を解決するために、光源から出射された光により、フォトマスクのパターン像を、複数の光学素子を介して感光性基板に投影する露光装置において、上記光源から上記感光性基板に至る経路において、伝導帯と価電子帯とのバンドギャップ波長が４０５ｎｍ近傍である材料が配置され、上記材料は、上記光源から出射された光のうち上記バンドギャップ波長以下の光を受けて、上記価電子帯における電子を上記伝導帯における何れか一のエネルギー準位に励起させ、この励起された電子に基づいて上記伝導帯からｈ線に対応する光を放出することを特徴とする。
【００１１】
さらに本発明に係る露光装置は、上述した課題を解決するために、光源から出射された光により、フォトマスクのパターン像を、複数の光学素子を介して感光性基板に投影する露光装置において、上記光源から上記感光性基板に至る経路において、伝導帯と価電子帯とのバンドギャップ波長が４３６ｎｍ近傍である材料が配置され、上記材料は、上記光源から出射された光のうち上記バンドギャップ波長以下の光を受けて、上記価電子帯における電子を上記伝導帯における何れか一のエネルギー準位に励起させ、この励起された電子に基づいて上記伝導帯からｇ線に対応する光を放出することを特徴とする。
【００１２】
本発明に係る露光方法は、上述した課題を解決するために、光源から出射された光により、フォトマスクのパターン像を、複数の光学素子を介して感光性基板に投影する露光方法において、上記光源から上記感光性基板に至る経路において、伝導帯と価電子帯とのバンドギャップ波長が３６５ｎｍ近傍である材料を配置し、上記光源から出射された光のうち上記バンドギャップ波長以下の光を受けて、上記価電子帯における電子を上記伝導帯における何れか一のエネルギー準位に励起させ、この励起された電子に基づいて上記伝導帯からｉ線に対応する光を放出することを特徴とする。
【００１３】
また、本発明に係る露光方法は、上述した課題を解決するために、光源から出射された光により、フォトマスクのパターン像を、複数の光学素子を介して感光性基板に投影する露光方法において、上記光源から上記感光性基板に至る経路において、伝導帯と価電子帯とのバンドギャップ波長が４０５ｎｍ近傍である材料を配置し、上記光源から出射された光のうち上記バンドギャップ波長以下の光を受けて、上記価電子帯における電子を上記伝導帯における何れか一のエネルギー準位に励起させ、この励起された電子に基づいて上記伝導帯からｈ線に対応する光を放出することを特徴とする。
【００１４】
さらに、本発明に係る露光方法は、上述した課題を解決するために、光源から出射された光により、フォトマスクのパターン像を、複数の光学素子を介して感光性基板に投影する露光方法において、上記光源から上記感光性基板に至る経路において、伝導帯と価電子帯とのバンドギャップ波長が４３６ｎｍ近傍である材料を配置し、上記光源から出射された光のうち上記バンドギャップ波長以下の光を受けて、上記価電子帯における電子を上記伝導帯における何れか一のエネルギー準位に励起させ、この励起された電子に基づいて上記伝導帯からｇ線に対応する光を放出することを特徴とする。
【発明の効果】
【００１５】
本発明では、伝導帯と価電子帯との間で所定のバンドギャップ波長を持つ材料を光源から感光性基板に至る経路において配置し、光源から出射された光のうちバンドギャップ波長以下の光を受けて、価電子帯における電子を伝導帯における何れか一のエネルギー準位に励起させ、この励起された電子に基づいて伝導帯からバンドギャップ波長の光を放出する。
【００１６】
これにより、通常捨てられるべき余分なスペクトルの光を、有効活用することが可能となり、リソグラフィ全体の光の利用効率を向上させることが可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１７】
以下、本発明を実施するための最良の形態として、光源から出射された光により、フォトマスクのパターン像を、複数の光学素子を介して感光性基板に投影する露光装置について、図面を参照しながら詳細に説明をする。
【００１８】
本発明を適用した露光装置１は、図１に示すように、光を出射するための光源１１と、光源１１から出射された光を集光する照明光学系１２と、集積回路パターンが描かれたフォトマスク１３とを備えている。また、この露光システム１には、例えばシリコン酸化膜等で構成され、表面にレジスト膜２２が形成された基板２１が配置される。即ち、このレジスト膜２２が形成された基板２１によりいわゆる感光性基板が成立することになる。
【００１９】
光源１１は、図示しない駆動電源による制御に基づき、図５に示すような波長プロファイルの光を出射するＨｇランプである。ちなみにこの光源１１の周囲には、図示しない冷却装置から送出される冷却媒体を循環させてもよい。
【００２０】
照明光学系１２は、フォトマスク１３上に照射するビーム径やビーム形状を制御する。また照明光学系１２は、光源１１とともにフォトマスク１３に対する光の入射角度を制御する。
【００２１】
フォトマスク１３は、光を遮蔽するＣｒ薄膜を集積回路パターンに応じて形成した石英等からなるガラス板からなり、上述した照明光学系１２によりビーム径等が制御された光が照射される。これにより、このフォトマスク１３に形成されたパターン像が、レジスト膜２２上に投影されることになる。特にナノデバイスを微細加工する際には、このレジスト膜２２上にｉ線を用いることにより、解像度を向上させることができる。
【００２２】
なお、この露光装置１では、フォトマスク１３と、前工程における集積回路パターンとの間で容易にマスク合わせを行うために、高精度ステージや干渉系による位置決め機構、さらにはアライメントマーク読み取り光学系等を備えるようにしてもよい。
レジスト膜２２は、光に感応して化学反応を起こす有機感光樹脂である。このレジスト膜２２として、光の照射された領域につき、重合，架橋して現像液に不溶になるネガ型、又は、光の照射された領域につき分解して現像液に対して可溶になるポジ型のいずれを適用してもよい。
【００２３】
次に、フォトマスク１３の詳細な構成について説明をする。図２(a)に示すフォトマスク１３は、ガラス板３１と、このガラス板３１に積層された酸化亜鉛（ＺｎＯ）を含む酸化亜鉛層３２と、この酸化亜鉛層３２の表面に形成されたＣｒ薄膜３３とを有している。このフォトマスク１３に照射された光は、ガラス板３１を通過し、酸化亜鉛層３２を透過し、Ｃｒ薄膜３３が形成されている領域に照射される光は遮蔽され、またＣｒ薄膜３３が形成されていない領域を透過した光は、そのままレジスト膜２２を照明することになる。すなわち、この集積回路パターンを予め描いたフォトマスク１３に、上述の如く光を照射することにより、当該パターンをレジスト膜２２へ転写することができる。
【００２４】
図２(b)に示すフォトマスク１３は、ガラス板３１と、このガラス板３１表面に形成されたＣｒ薄膜３３とを有し、さらにこのＣｒ薄膜３３が形成されていない領域においては、酸化亜鉛を含むナノ微結晶３４が形成されている。このフォトマスク１３に照射された光は、ガラス板３１を通過し、Ｃｒ薄膜３３が形成されている領域に照射される光は遮蔽され、またＣｒ薄膜３３が形成されていない領域を透過した光は、ナノ微結晶３４を通過した上でそのままレジスト膜２２を照明することになる。
【００２５】
即ち、このレジスト膜２２に照射される光は、酸化亜鉛を含む酸化亜鉛層３２又はナノ微結晶３４を通過していくことになる。
【００２６】
図３は、この酸化亜鉛層３２並びにナノ微結晶３４に含まれる酸化亜鉛のエネルギーバンド図および吸収スペクトルを示している。
【００２７】
酸化亜鉛層３２又はナノ微結晶３４に対して発光波長よりも短波長側の波長を吸収される。このような光が入射した場合に、酸化亜鉛中の価電子帯４１中の電子が伝導帯４２へ励起されることになる。
【００２８】
伝導帯４２に励起された電子は、最終的に荷電子帯のホールと再結合しその際に光が放出される。この放出される光の波長は、あくまで価電子帯４１と伝導帯４２（エネルギー準位４２）との間のバンドギャップ波長に対応するものであり、この例（MgxZn1-xO：x=０の場合）においては、３６５ｎｍ近傍になり、ｉ線の波長となる。
【００２９】
このように、酸化亜鉛における伝導帯４１と価電子帯４２とのバンドギャップ波長は、３６５ｎｍ近傍であるため、これよりも短波長の光が入射された場合に、エネルギー準位４２よりエネルギー的に上位の準位（サイドバンド等）に電子を一度励起させる。この励起させた電子がエネルギー準位４２まで落ちてきた場合に、これに基づいて、ｉ線の光を放出することができる。
【００３０】
因みに、上述した例においては、価電子帯４２中のエネルギー準位中に存在するサイドバンドに一度励起子を励起させる場合を例に挙げて説明をしているが、他の３６５ｎｍ以下のバンドギャップ波長を有するエネルギー準位についても同様の機構に基づいて、電子をサイドバンドに励起させ、ｉ線の波長の光を放出させることが可能となる。
【００３１】
即ち、３６５ｎｍの波長の光が入射される場合のみならず、３６５ｎｍより短波長の光が入射された場合においても、これをエネルギー準位４２より上位のサイドバンドの準位へ一度励起させ、エネルギー準位４２へ落とし込むことにより、３６５ｎｍの波長からなる光を放出することが可能となる。これは酸化亜鉛により、波長３６５ｎｍより短波長の光を３６５ｎｍの光に変換したことを意味している。
【００３２】
その結果、３６５ｎｍ以下の波長の光は、図４(a)に示すように、余分なスペクトルが取り除かれ、その分が３６５ｎｍの波長の光に加算されることになる。即ち、波長３６５ｎｍよりも短波長である余分なスペクトルの積分強度がｉ線の波長の光に加算されることになる。これにより、通常捨てられるべき余分なスペクトルの光を、ｉ線の光として有効活用することが可能となる。
【００３３】
即ち、本発明においては、ｉ線より短波長において発生した余分なスペクトルを捨てることなく効率よく利用することにより、リソグラフィ全体の光の利用効率を向上させることが可能となる。
【００３４】
なお、上述の説明においては、酸化亜鉛を含む酸化亜鉛層３２又はナノ微結晶３４を利用する場合を例に挙げて説明をしたが、かかる場合に限定されるものではない。この酸化亜鉛の代替として、AlxGa1-x N、InxGa1-xN（0≦x≦1）を利用するようにしてもよい。AlとGaの元素比率、或いはInとGaとの元素比率を改変することにより、２００ｎｍ付近から３６５ｎｍに至るまで、伝導帯４１と価電子帯４２とのバンドギャップ波長を自在に制御することができる。その結果、放出する光の波長をｉ線としての３６５ｎｍに限定することなく、任意の光の波長に調整することが可能となる。例えば、伝導帯と価電子帯とのバンドギャップ波長を４０５ｎｍ近傍とすることにより、上記価電子帯からｈ線に対応する光を放出するようにしてもよい。また、伝導帯と価電子帯とのバンドギャップ波長を４３６ｎｍ近傍とすることにより、上記価電子帯からｈ線に対応する光を放出するようにしてもよい。さらに、これらの代替として、ダイヤモンドを適用するようにしてもよい。
【００３５】
このようにしてバンドギャップ波長をλａに調整した場合に、それよりも短波長の光を吸収することができ、この吸収した光をバンドギャップ波長λａで発光させることが可能となり、透過効率を大幅に増大させることが可能となる。
【００３６】
また、本発明では、酸化亜鉛を含む材料をあくまでフォトマスク１３に形成させる場合を例にとり説明をしたが、かかる場合に限定されるものではない。例えば、光源１１から基板２１に至る経路において、酸化亜鉛を含む材料が配置されていればよい。例えば、照明光学系１２におけるレンズにこの酸化亜鉛を含む材料を被覆するようにしてもよい。また、光源１１としてのＨｇランプ自体をこの酸化亜鉛で作製するようにしてもよい。
【００３７】
また、光源１１は、Ｈｇランプに限定されるものではなく、キセノンランプを利用するようにしてもよいし、ＬＥＤ等を適用するようにしてもよい。
【図面の簡単な説明】
【００３８】
【図１】本発明を適用した露光装置の構成図である。
【図２】本発明を適用した露光装置におけるフォトマスクの詳細な構成を示す図である。
【図３】酸化亜鉛層並びにナノ微結晶に含まれる酸化亜鉛のエネルギーバンド図を示している。
【図４】本発明を適用した露光装置の効果について説明するための図である。
【図５】光源としてのＨｇランプから出射された光のスペクトル分析結果を示す図である。
【符号の説明】
【００３９】
１  露光装置
１１  光源
１２  照明光学系
１３  フォトマスク
２１  基板
２２  レジスト膜
３１  ガラス板
３２  酸化亜鉛層
３３  Ｃｒ薄膜
３４  ナノ微結晶
【図１】
2008015098.tif 000003
【図２】
2008015098.tif 000004
【図３】
2008015098.tif 000005
【図４】
2008015098.tif 000006
【図５】
2008015098.tif 000007