(57)【要約】【課題】  光リソグラフィーを実行するための方法を提供する。【解決手段】  光は、フォトマスクを透過して対象物に衝当する。フォトマスクは、透明基板によって離隔される２つの対向するマスク表面上に２つのマスクパターンを有する。光は第１のマスクパターンを透過して第２のマスクパターンに伝播し、それによってその位置で伝播パターンを形成する。伝播パターンからの光は、第２のマスクパターンを透過して、対象物に衝当し、それによって対象物パターンを作製する。この方法により、マスクパターンのいずれかを変えることなく対象物パターンの変更が可能になる。また、この方法は、マスクパターンの勾配露光を容易にする。【特許請求の範囲】
【請求項１】
光リソグラフィーのために対象物を照射する方法であって、
（ａ）（ｉ）第１の表面と、前記第１の表面の反対側にあり前記対象物に面している第２の表面とを有する透明基板と、（ｉｉ）前記第１の表面上の第１のマスクパターンと、（ｉｉｉ）前記第２の表面上の第２のマスクパターンとを含むフォトマスクを与える過程と、
（ｂ）前記第１のマスクパターンに入射光を透過させて前記第２の表面で伝播パターンを形成する過程と、
（ｃ）前記伝播パターンからの光を前記第２のマスクパターンに透過させて前記対象物に対象物パターン形成する過程とを含むことを特徴とする方法。
【請求項２】
前記対象物パターンのクリティカル・ディメンジョンが約０．５ミクロン以下であることを特徴とする請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記第１のマスクパターンが、不透明な材料を含むことを特徴とする請求項１に記載の方法。
【請求項４】
前記不透明な材料が、アモルファスシリコン、クロム、または酸化鉄を含むことを特徴とする請求項３に記載の方法。
【請求項５】
前記第１のマスクパターンが、透明な材料を含むことを特徴とする請求項１に記載の方法。
【請求項６】
前記透明な材料が、ＭｇＦ２、ＣａＦ２、ニオブ酸リチウム、窒化ケイ素、石英、またはガラスを含むことを特徴とする請求項６に記載の方法。
【請求項７】
前記第２のマスクパターンが、不透明な材料を含むことを特徴とする請求項１に記載の方法。
【請求項８】
前記不透明な材料が、アモルファスシリコン、クロム、または酸化鉄を含むことを特徴とする請求項７に記載の方法。
【請求項９】
前記第２のマスクパターンが、透明な材料を含むことを特徴とする請求項１に記載の方法。
【請求項１０】
前記透明な材料が、ＭｇＦ２、ＣａＦ２、ニオブ酸リチウム、窒化ケイ素、石英、またはガラスを含むことを特徴とする請求項９に記載の方法。
【請求項１１】
前記基板が、ガラスを含むことを特徴とする請求項１に記載の方法。
【請求項１２】
前記基板が、前記第１及び第２の表面を離隔するような約０．３ｍｍ乃至約５ｍｍの厚さを有することを特徴とする請求項１に記載の方法。
【請求項１３】
前記伝播パターンが、二重スリット光回折パターンを含むことを特徴とする請求項１に記載の方法。
【請求項１４】
前記伝播パターンが、エアリーの円盤光回折パターンを含むことを特徴とする請求項１に記載の方法。
【請求項１５】
前記伝播パターンが、単一エッジ光回折パターンを含むことを特徴とする請求項１に記載の方法。
【請求項１６】
前記伝播パターンが、単調な光強度分布を含むことを特徴とする請求項１に記載の方法。
【請求項１７】
前記入射光が、実質的に単波長の光であることを特徴とする請求項１に記載の方法。
【請求項１８】
前記入射光が、実質的に複数の波長の光であることを特徴とする請求項１に記載の方法。
【請求項１９】
前記入射光が、実質的に連続波長領域の光を含むことを特徴とする請求項１に記載の方法。
【請求項２０】
前記第２のマスクパターンが、前記対象物に近接していることを特徴とする請求項１に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光リソグラフィーに関する。
【背景技術】
【０００２】
光リソグラフィーは、光を用いてフォトマスクから対象物へパターンを転写する処理技術である。典型的な対象物は、半導体ウェーハ上部のフォトレジスト層である。多くの場合、光リソグラフィーを用いて対象物にＣＤ（クリティカル・ディメンジョン）を画定することができ、このＣＤはリソグラフィー技術の進化により０．５ミクロン以下まで小さくなっている。光リソグラフィーは広く用いられる技術であるので、多数の関連技術がある。そのほとんどは、フォトマスクから対象物へのパターン転写の精度を向上させる種々の方法に関連している。例えば、位相シフトフォトマスクを用いてコントラストを向上させることは、そのような技術進化の１つである。
【０００３】
フォトマスクから対象物へ高精度のパターン転写を行うと、一般的に、所望の対象物パターンの変化によって新たなフォトマスクの作製が必要になる。各所望の対象物パターンに対して新たなフォトマスクが必要になることは、多くの場合（例えば大量生産において）過度の負担とはならないが、フォトマスクから対象物への高精度のパターン転写が必然的に伴うある程度の融通性のなさを示している。
【０００４】
光リソグラフィーを施用する場合、例えば研究開発などで、フォトマスクパターンを変化させることなく制御可能な方法で対象物パターンを変化させることが望ましい。このような融通性は、上記したように従来の光リソグラフィーでは一般的には与えられていなかった。従って、そのような融通性が与えられれば、それは技術的進歩であると言えよう。
【０００５】
そのような所望の融通性の１つは、結果として与えられる対象物パターンが不均一に露光されるようなマスクパターンの勾配露光（gradient exposure）である。ツァオ（Cao）らによる最近の論文（非特許文献１）では、光源とフォトマスクの間に遮断構造を挿入することによりフォトマスクが不均一に照射されるような勾配露光方法を示している。遮断構造のエッジからの光回折によって、マスクは不均に照射される。
【０００６】
非特許文献１の技術は幾つかの欠点を有する。遮断構造とフォトマスクとは物理的に離れているので、遮断構造の特徴的部分をマスクの特徴的部分に位置合わせするのが難しい。更に、非特許文献１の遮断構造は、光源とフォトマスクの間の光学経路に挿入される。このような挿入は恐らく不便であるし、使用するリソグラフィー機器の形状によっては挿入することが不可能ですらあるかもしれない。
【０００７】
【非特許文献１】Applied Physics Letters, 81 (16), pp 3058-3060, Oct 2002
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
上記のように、パターン・フレキシビリティーを向上させかつ位置合わせを容易にする光リソグラフィー法であって、一般的に用いられる光リソグラフィー装置とも適合するような方法に対する技術的に未だ満たされていない要求がある。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明は、光リソグラフィーを実行するための方法を提供する。光は、フォトマスクを透過して対象物に衝当する。フォトマスクは、透明基板によって離隔される２つの対向するマスク表面上に２つのマスクパターンを有する。光は第１のマスクパターンを透過して第２のマスクパターンに伝播し、それによってその位置で伝播パターンを形成する。伝播パターンからの光は、第２のマスクパターンを透過して対象物に衝当し、それによって対象物パターンを作製する。本発明の利点の１つは、いずれのマスクパターンを変化させることもなく対象物パターンを変化させることができることである。本発明の別の利点は、マスクパターンの勾配露光を容易にすることである。本発明はまた、第１のマスクパターンを第２のマスクパターンに位置合わせするのを容易にし、標準的なリソグラフィー機器との適合性を与える。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１０】
図１Ａは、本発明の一実施例に基づく光リソグラフィー法を示す。光１０２は、フォトマスク１０６を透過し、対象物１２２に衝当する。フォトマスク１０６は、第１の表面１１４と、透明基板１１６の反対側に第２の表面１２０とを有する。ショットボロフロート（Schott Borofloat）（登録商標）ガラスは表面仕上げと平面度が優れているので透明基板１１６はショットボロフロート（登録商標）ガラスであるのが好ましいが、基板１１６には任意の透明な材料を用いることができる。基板１１６の厚さは約０．３ｍｍ乃至約５ｍｍであるのが好ましいが、より好ましいのは約０．７ｍｍ厚である。
【００１１】
第１のマスクパターン１０４は第１の表面１１４上に配置され、第２のマスクパターン１０８は第２の表面１２０上に配置される。アモルファスシリコンは、均一に蒸着するのが容易で、ＣＭＯＳ加工に適合し、紫外線を通さないので、マスクパターン１０６及び１０８の材料は厚さ約１５０ｎｍのアモルファスシリコンであるのが好ましい。しかし、クロムまたは酸化鉄などの任意の不透明な材料をマスクパターン１０６及び１０８に用いて本発明を実行することもできる。１５０ｎｍ以外のマスクパターン層厚さを用いて本発明を実行することもできる。
【００１２】
光１０２は、第１のマスクパターン１０４を透過して第２の表面１２０に伝播し、第２の表面１２０で伝播パターン１１８を形成する。伝播パターン１１８の光強度分布は、表面１１４と１２０間の距離と、光１０２の波長と、第１のマスクパターン１０４の形状寸法とに部分的に依存している。伝播パターン１１８からの光は、第２のマスクパターン１０８を透過して対象物パターン１１０を形成し、対象物１２２に衝当する。対象物１２２は、例えば、半導体ウェーハ１１２上部のフォトレジスト膜である。対象物パターン１１０は通常、約０．５ミクロン以下であり得るＣＤを有するような１若しくは複数の特徴的部分を含む。マスクパターン１０４と１０８とは基板１１６の反対側に配置されるので、これら２つのパターンの相対位置合わせは、例えば既知の裏面アライメント手順を用いることにより、容易に与えられる。このように位置合わせが容易であることは、本発明によって与えられる利点の１つである。
【００１３】
図１Ａの実施形態では、伝播パターン１１８は、図１Ａに影付きで示されているような滑らかで単調な強度分布を有するのが好ましい。図１Ｂは、図１Ａの伝播パターン１１８の強度対位置の模式的なプロットである。対象物パターン１１０は基本的に第２のマスクパターン１０８を伝播パターン１１８により確立される単調な強度勾配と組み合わせたものであるので、このような強度分布は第２のマスクパターン１０８の勾配露光を行うのに役立つ。このように、伝播パターン１１８の回折縞はこの実施形態では望ましくない。
【００１４】
このような理由により、光１０２は非単色光であるのが好ましい。と言うのも、非単色光は、回折縞（またはパターン）を形成しない傾向にあるからである。非単色光１０２は、少なくとも２つの光の波長を有する光を含むことができ、或いは実質的に連続波長領域を有する光を含むことができる。いずれにせよ、伝播パターン１１８における回折縞は、複数の波長の光が存在することによって効率的に除去される。
【００１５】
図２Ａは、本発明の別の実施形態に基づく光リソグラフィー法を示す。光２０２は、フォトマスク２０６を透過し、対象物２２２に衝当する。マスク２０６は、第１の表面２１４と、透明基板２１６の反対側に第２の表面２２０とを有する。ショットボロフロート（登録商標）ガラスは表面仕上げと平面度が優れているので透明基板２１６はショットボロフロート（登録商標）ガラスであるのが好ましいが、基板２１６には任意の透明な材料を用いることができる。基板２１６の厚さは約０．５mm乃至約５mmであるのが好ましいが、より好ましいのは約０．７ｍｍ厚である。
【００１６】
第１のマスクパターン２０４は第１の表面２１４上に配置され、第２のマスクパターン２０８は第２の表面２２０上に配置される。マスクパターン２０６及び２０８の材料は、厚さ約１５０ｎｍのアモルファスシリコンであるのが好ましいが、クロムまたは酸化鉄などの任意の不透明な材料をマスクパターン２０６及び２０８に用いて本発明を実行することもできる。１５０ｎｍ以外のマスクパターン層厚さを用いて本発明を実行することもできる。
【００１７】
光２０２は、第１のマスクパターン２０４を透過して第２の表面２２０に伝播し、第２の表面２２０で伝播パターン２１８を形成する。伝播パターン２１８の光強度分布は、表面２１４と２２０間の距離と、光２０２の波長と、第１のマスクパターン２０４の形状寸法とに部分的に依存している。伝播パターン２１８からの光は、第２のマスクパターン２０８を透過して対象物パターン２１０を形成し、これは対象物２２２に衝当する。対象物２２２、例えば、半導体ウェーハ２１２上部のフォトレジスト膜である。対象物パターン２１０は通常、約０．５ミクロン以下であり得るＣＤを有するような１若しくは複数の特徴的部分を含む。マスクパターン２０４と２０８とは基板２１６の反対側に配置されるので、これら２つのパターンの相対位置合わせは、例えば既知の裏面アライメント手順を用いることにより、容易に与えられる。このように位置合わせが容易であることは、本発明によって与えられる利点の１つである。
【００１８】
図２Ａの実施形態では、伝播パターン２１８は、図２Ａに影付きで示されているような周期的な強度分布を有する。図２Ｂは、図２Ａの伝播パターン２１８の強度対位置の模式的なプロットである。対象物パターン２１０は基本的に第２のマスクパターン２０８を伝播パターン２１８と組み合わせたものであり、結果的に、対象物パターン２１０に伝播パターン２１８の回折縞が存在する。図２Ａの例では、第１のマスクパターン２０４は２つの近接して離隔されたスリットを含み、結果的に、伝播パターン２１８は二重スリット回折パターンである。もちろん、エアリーの円盤パターン（円形アパーチャによる回折）や単一エッジ回折パターンなど、他の回折パターンを用いても本発明を実行することができる。光２０２の波長を変化させることによって伝播パターン２１８の回折縞の間隔を変えることができ、このことは、マスクパターン２０４または２０８のいずれかを変えることなく対象物パターン２１０の変更を可能にする。対象物パターン２１０を変更する際にこのように融通が利くことは、本発明の利点の１つである。
【００１９】
図２Ａの実施形態は回折に依存して伝播パターン２１８を形成するので、光２０２は実質的に単波長であるのが好ましい。それによって、回折効果は最大になるからである。
【００２０】
図１Ａ及び図２Ａの実施形態は例示的なものであり、本発明は上述した実施形態以外にも多数の方法で実行可能である。
【００２１】
例えば、１０４及び２０４などの第１のマスクパターンは、ＭｇＦ２、ＣａＦ２、ニオブ酸リチウム、窒化ケイ素、石英、または他のガラスなどの透明な材料から製造可能である。透明材料の第１のマスクパターンから光を透過させることによって、１１８または２１８などの伝播パターンを形成することができる。透明マスクパターンは、入射光の選択された部分上に（マスクに影響されない入射光の部分に関連して）位相シフトを与えることによって機能する。この位相シフトは、πの奇数倍であるのが好ましいが、２πの整数倍ではない任意の値を取ることができる。
【００２２】
同様に、１０８または２０８などの第２のマスクパターンもまた、ＭｇＦ２、ＣａＦ２、ニオブ酸リチウム、窒化ケイ素、石英、または他のガラスなどの透明な材料から製造可能である。位相シフトリソグラフィーに関連する方法で透明材料の第２のマスクパターンから伝播パターン光を透過させることによって、１１０または２１０などの対象物パターンを形成することができる。
【００２３】
また、図１Ａ及び図２Ａの例は、１０８または２０８などの第２のマスクパターンが対象物に極めて接近しているコンタクトリソグラフィーを示している。本発明は、投影またはステッパに基づくリソグラフィーなどの他形態の光リソグラフィーによっても実現可能である。
【図面の簡単な説明】
【００２４】
【図１Ａ】本発明の一実施形態に基づく光リソグラフィーを示す。
【図１Ｂ】図１Ａの実施形態の伝播パターンの強度分布を示す。
【図２Ａ】本発明の別の実施形態に基づく光リソグラフィー法を示す。
【図２Ｂ】図２Ａの実施形態の伝播パターンの強度分布を示す。
【図１Ａ】
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【図１Ｂ】
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【図２Ａ】
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【図２Ｂ】
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【国際調査報告】
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