(57)【要約】      （修正有）【課題】高開口数結像ツールを使用したリソグラフィ・プロセスにおいて感光性領域を有するレジスト層を像に露出するための方法およびシステムを提供する。【解決手段】結像ツールの放射を反射する層を有する基板が使用され、空中像を含む放射の一部分はレジスト層を通過しレジスト層へ再び反射する。反射された放射は、レジスト層の中に、レジスト層の厚さを貫いて、投影された空中像の干渉パターンを形成する。レジスト層の感光性領域での空中像のコントラストを向上させるため、レジスト層の感光性領域の反射層に対する厚さおよび位置は、干渉パターンのうち、レジスト層の厚さの方向において相対的にコントラストが高い干渉パターンの部分を含み、レジスト層の厚さの方向において相対的にコントラストが低い干渉パターンの部分を前記レジスト層の前記感光性領域から除外するように選択される。【選択図】図５
2007129222.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
高開口数結像ツールを使用したリソグラフィ・プロセスにおいて感光性領域を有するレジスト層を像に露出する方法であって、
空中像を形成した放射を投影するための高開口数の結像ツールを用意するステップと、
前記結像ツールの放射を反射する層と、前記反射層の上にあって感光性領域を有するレジスト層とを有する基板を用意するステップであって、前記レジスト層が厚さを有するステップと、
空中像を含む放射を前記結像ツールから前記レジスト層上に投影するステップであって、前記空中像を含む前記放射の一部分が前記レジスト層を通過するステップと、
前記レジスト層を通過した前記空中像を含む前記放射の一部分を前記反射層から前記レジスト層へ再び反射させるステップであって、前記反射された放射が、前記レジスト層の中に、前記レジスト層の前記厚さを貫いて、前記投影された空中像の干渉パターンを形成するステップと
を含み、
前記レジスト層の前記感光性領域での前記空中像のコントラストを向上させるために、前記レジスト層の前記感光性領域の前記反射層に対する位置が、前記干渉パターンのうち、前記レジスト層の前記厚さの方向において相対的にコントラストが高い前記干渉パターンの部分を含み、前記レジスト層の前記厚さの方向において相対的にコントラストが低い前記干渉パターンの部分を前記レジスト層の前記感光性領域から除外するように選択される
方法。
【請求項２】
前記放射がＴＭ波を含み、前記反射層が前記ＴＭ波を反射し、前記レジスト層の前記感光性領域内の前記干渉パターンが、前記ＴＭ波によって生み出された前記干渉パターンの相対的にコントラストが高い部分を含む、請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記レジスト層での前記空中像のコントラストを向上させるために、前記反射層に対する前記レジスト層の前記厚さが、前記干渉パターンのうち、前記レジスト層の前記厚さ方向において相対的にコントラストが高いＴＭ波干渉パターンの単一の領域を含み、前記レジスト層の前記厚さの方向において相対的にコントラストが低い前記ＴＭ波干渉パターンの領域を前記レジスト層から除外するように選択される、請求項１に記載の方法。
【請求項４】
前記反射層と前記レジスト層の間にスペーサ層をさらに含む、請求項３に記載の方法。
【請求項５】
前記結像ツールの開口数が少なくとも０．９５である、請求項１に記載の方法。
【請求項６】
前記レジスト層の厚さが、
（２・ｋ１・λ／ＮＡ）／Ｓｑｒｔ［（４・ｋ１・ｎ／ＮＡ）２−１］
よりも薄く、上式で、ｋ１が前記プロセスのハーフ・ピッチｋ１係数、ｎが前記レジスト層の屈折率である、請求項３に記載の方法。
【請求項７】
前記レジスト層の厚さが３０ｎｍ未満であり、前記レジスト層が、少なくとも厚さ６０ｎｍのスペーサ層によって前記反射層から離隔される、請求項３に記載の方法。
【請求項８】
前記レジスト層の厚さが１５から３０ｎｍである、請求項７に記載の方法。
【請求項９】
前記レジスト層が、シリコン、鉄、ハフニウム、チタンおよびこれらの組合せからなるグループから選択された無機部分を含む、請求項１に記載の方法。
【請求項１０】
前記スペーサ層が有機共重合体を含む、請求項４に記載の方法。
【請求項１１】
高開口数結像ツールを使用したリソグラフィ・プロセスにおいて感光性領域を有するレジスト層を像に露出するためのシステムであって、
前記結像ツールの放射を反射する層をその上に有する基板と、
前記反射層の上にあって、感光性領域を有し、厚さを有するレジスト層と
を含み、
前記結像ツールが、空中像を含む放射を前記レジスト層上に投影するように適合されており、前記空中像を含む前記放射の一部分が前記レジスト層を通過し、前記レジスト層へ再び反射し、前記反射された放射が、前記レジスト層の中に、前記レジスト層の前記厚さを貫いて、前記投影された空中像の干渉パターンを形成し、
前記レジスト層の前記感光性領域での前記空中像のコントラストを向上させるために、前記レジスト層の前記感光性領域の前記反射層に対する厚さおよび位置が、前記干渉パターンのうち、前記レジスト層の前記厚さの方向において相対的にコントラストが高い前記干渉パターンの部分を含み、前記レジスト層の前記厚さの方向において相対的にコントラストが低い前記干渉パターンの部分を前記レジスト層の前記感光性領域から除外するように選択された
システム。
【請求項１２】
前記レジスト層での前記空中像のコントラストを向上させるために、前記反射層に対する前記レジスト層の前記厚さが、前記干渉パターンのうち、前記レジスト層の前記厚さ方向において相対的にコントラストが高いＴＭ波干渉パターンの単一の領域を含み、前記レジスト層の前記厚さの方向において相対的にコントラストが低い前記ＴＭ波干渉パターンの領域を前記レジスト層から除外するように選択される、請求項１１に記載のシステム。
【請求項１３】
前記反射層と前記レジスト層の間にスペーサ層をさらに含む、請求項１２に記載のシステム。
【請求項１４】
前記結像ツールの開口数が少なくとも０．９５である、請求項１１に記載のシステム。
【請求項１５】
前記レジスト層の厚さが、
（２・ｋ１・λ／ＮＡ）／Ｓｑｒｔ［（４・ｋ１・ｎ／ＮＡ）２−１］
よりも薄く、上式で、ｋ１が前記プロセスのハーフ・ピッチｋ１係数、ｎが前記レジスト層の屈折率である、請求項１２に記載のシステム。
【請求項１６】
前記レジスト層の厚さが３０ｎｍ未満であり、前記レジスト層が、少なくとも厚さ６０ｎｍのスペーサ層によって前記反射層から離隔される、請求項１２に記載のシステム。
【請求項１７】
前記レジスト層の厚さが１５から３０ｎｍである、請求項１６に記載のシステム。
【請求項１８】
前記レジスト層が、シリコン、鉄、ハフニウム、チタンおよびこれらの組合せからなるグループから選択された無機部分を含む、請求項１１に記載のシステム。
【請求項１９】
前記スペーサ層が有機共重合体を含む、請求項１３に記載のシステム。
【請求項２０】
前記スペーサ層の屈折率が約１．７である、請求項１３に記載のシステム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は集積回路の製造を対象とし、詳細には、リソグラフィ・プロセスによって作られるフィーチャのＴＭ波（ｔｒａｎｓｖｅｒｓｅ  ｍａｇｎｅｔｉｃ  ｗａｖｅ）コントラストを復元する（ｒｅｓｔｏｒｅ）ための方法およびシステムを対象とする。
【背景技術】
【０００２】
超小型電子回路のメーカは、より小さな寸法のフィーチャを生み出すことを絶えず追求している。リソグラフィによるこのようなフィーチャの製造では一般に、図１に示すような走査ステップ式結像ツール（ｓｔｅｐ−ａｎｄ−ｓｃａｎ  ｉｍａｇｉｎｇ  ｔｏｏｌ）２０を使用して、基板またはウェーハ上の感光性レジスト層の表面にパターンを投影する。この結像ツールの投影光学系は、コンデンサ・レンズ系２６を通してフォトマスクまたはレチクル２８を照明するために使用される放射４４を投影するランプ、レーザまたは他の光源２２を含む。フォトマスクまたはレチクル２８は、ウェーハ基板上に投影され複写されるパターンを含み、一般に、投影光学系の光軸２４に対して実質的に垂直な向きに配置される。フォトマスク２８を通過した光放射４６の一部は投影光学部品３４によって集められ、放射４６がマスクを通過することによって生み出されたパターンの空中像３６は、ウェーハ上にパターンまたは像４０を生み出すためにウェーハ４２の表面に導かれる。
【０００３】
走査ステップ式システムでは、フォトマスク２８およびウェーハ４２がそれぞれ、固定された光学系に対して移動するマスク・ステージ３３および基板ステージ３８に装着される。この光学系は、そこを通って光がレチクルまで到達することを可能にする開口またはスリット３２を含む。１次元の走査方向３０に沿ってレチクルの所望の転写領域の１次元の幅全体を横断走査することによって、転写領域内のマスク・パターン全体が完全に露光され、パターン全体４０、例えばチップ・パターン全体がウェーハのレジスト上に生み出される。その後、ウェーハ４２上に所望の数のパターンを生み出すため、この走査プロセスが繰り返される。
【０００４】
超小型電子回路の製造においてより小さな寸法のフィーチャを生み出すため、リソグラフィ・プロセスには、下記のレイリーの式の標準一般化に従って最小線幅（Ｗｍｉｎ）を生み出すために使用することができる３つの因子、すなわち現象学的プロセス解像度係数（phenomenological process resolution factor）（ｋ１）、光波長（λ）および開口数（ＮＡ）が含まれる。
Ｗｍｉｎ＝ｋ１・λ／ＮＡ
【０００５】
λおよびＮＡをライン・アンド・スペース周期系のハーフ・ピッチに関係付けるため、わずかに異なるｋ１値が使用されることもある。
【０００６】
集積回路でより微細なフィーチャを使用できるようにするために、リソグラフィ技術においては、より小さなｋ１値を可能にする多くの進歩が実現された。集積回路製造の初期には、１よりも大きなｋ１値しか実用に適さなかったが、現在ではｋ１値０．４が使用されており、さらなる低減が試みられている。ここで問題となるのは、このような低いｋ１値では像のコントラストが低下し、チップ上に分布するプリントされた回路フィーチャのサイズの均一性を達成することが困難になることである。このようなサイズ均一性は通常、許容される回路性能を達成するために必要である。
【０００７】
ＮＡ（開口数）因子について見ると、最近の進歩によって、露光ツールのメーカは、０．７０超、０．８０超およびそれ以上のＮＡ値を有するツールを出荷することが可能になり、現在ではＮＡ値０．９３を有するツールも入手可能である。将来には、液浸結像に基づいて１．０超のＮＡ値が予想される。最新の露光ツールはこのように高いＮＡ値を有するため、像は、レジスト内で高い伝搬角を有する波、すなわちレジスト層の表面に垂直な方向に関して大きな伝搬角を有する波を使用して形成されなければならない。約３０°を超える伝搬角は、例えばレンズ開口の一方の端からレジスト中へ伝搬した光線の電界の向きが、レンズ開口の反対側の端を出た後にレジストに入った光線の電界の向きと６０°も異なるなど、関連する電界ベクトルの向きがかなりの変動を示すため、このような高い伝搬角と考えることができる。レジストの屈折率は通常約１．６超であり、そのため、入射媒質が空気である場合、レジスト層内の伝搬角３０°は、レジストの上の到来波の入射角が５０°超（ＮＡ＝０．８）であることに対応することに留意されたい。したがって、入射媒質が空気であるとき、レジストの屈折率によっては約５０°超の入射角は高入射角であると考えることができる。しかし、入射媒質の屈折率が例えば１．４である液浸系では、レジストの屈折率によっては、約３５°を超える入射角は、レジスト層中での伝搬角が３０°以上になるので、高入射角と考えることができる。
【０００８】
このような入射角を生み出す高い開口数では、光波のＴＭ（ｔｒａｎｓｖｅｒｓｅ  ｍａｇｎｅｔｉｃ）偏光について、像コントラストの根本的な損失が起こることが観察されている。たとえ、支配的な干渉次数について、すなわち接線偏光された光源からの光源放射をＴＥ（ｔｒａｎｓｖｅｒｓｅ  ｅｌｅｃｔｒｉｃ）偏光することができたとしても、部分的にＴＭ偏光された電界と干渉する他の次数が一般に存在する。
【０００９】
図２には、レジスト層の表面に垂直な線４７の両側のレジスト層５０を高入射角の光波が通過する様子が示されている。本明細書では用語「光」が、リソグラフィ結像システムで使用される放射を指し、波長の如何を問わない。入射波４６ａおよび４６’ａは対角θでレジスト層に入り、それぞれ波４６ｃ、４６’ｃとして屈折される。入射光線４６ａ、４６’ａは高解像度像を搬送し、そのため、ウェーハ上に配置されたレジスト層５０の表面に垂直な方向に関して高い入射角θを有する。以後、基板に垂直な方向をｚ方向と呼ぶ。一般的なレジスト層の屈折率は一般に約１．６超、しばしば約１．７超で、約１．６から１．８の範囲にあるが、入射媒質の屈折率は通常１．０であり、一般にレジストの屈折率よりも小さく、そのため、レジスト内の屈折光線の角度は一般に低下し、すなわちより垂直方向を向くようになる。これらの入射光線のＴＭ偏光電界ベクトルが矢印４６ｂおよび４６’ｂによって示されている。これらの電界ベクトルは、マクスウェルの方程式が要求するように、それらのそれぞれの波の伝搬方向に対して垂直である。これらの干渉する電界ベクトルは大ざっぱに言って逆平行であり、像の暗い部分に対応する。
【００１０】
光の半サイクルの間、屈折波の電界４６ｄおよび４６’ｄは、レジスト層の中で不完全な下向きの角度を有する。これらのベクトルは共通のｚ成分を共有する（図に示された光サイクルの部分の間は下向き、もう一方の光サイクルの間は上向きであり、一般に同じ符号を有する）ので、これらの２つのベクトル場は重ね合わされたときに完全には打ち消しあわない。ｚ成分は逆平行でなく平行であり、したがって像の暗い部分は十分に暗くならず、そのため、コントラストは低下し、このことが、結像プロセスの制御性を低下させ、したがって実用に適する最小ｋ１を増大させる。ここでの本質的な問題は、高ＮＡ値では完全な弱め合う干渉が起こらず、その結果、ＴＭ偏光成分のコントラストが低下することである。このことは従来から、関係する伝搬角の幾何学的特性に起因する高ＮＡ結像の固有の問題と考えられている。解像度の最大化のためには望ましい低ｋ１で像を形成する場合には、ＮＡ値が大きくないときでも生じるすでにかなり大きなコントラストの低下に、関連するコントラストの低下が加わる。
【００１１】
同様に、伝搬角が急なときＴＭ偏光電界は完全な平行ではないため、ゼロでないＴＭ成分を有する高ＮＡ像の明るい領域では、完全な強め合う干渉は起こりえない。このことはＴＭ偏光中の像の明るさを低減させる。
【００１２】
電界がウェーハの入射面に垂直に偏光されたＴＥ偏光（図示せず）ではコントラストも明るさも低下しない。しかし、回路パターンのプリントによって一般に、ウェーハのほぼ全ての小領域に入射する波は、多くの可能な方位を向いた複数の入射面を有する。これは、大部分の回路パターンが、かなり密集した２つ以上の向きの微細な回路フィーチャによって占められているためである。これによって、１回の露光を使用して全てのフィーチャについて純粋なＴＥ偏光を達成することは不可能であり、複数回の露光はコストをかなり増大させる。さらに、たとえ理論上はＴＥなどの単一の偏光成分だけを含んだ波を使用することができたとしても、その偏光は、いくつかの方法、例えばマスク基板およびレンズの残留複屈折、マスクの回折効果、ならびにレンズおよびウェーハ・プロセス膜の薄膜効果によって歪められる。ＴＥとＴＭのピークの明るさは異なるので、これらの偏光歪みは、像の異なるフィーチャに送達されるドーズの変動を引き起こす。一般に、多種多様な微細フィーチャが異なる向きに存在するときにはＴＥ偏光に対するＴＭ偏光の割合が変化し、ＴＥ偏光は完全な強め合う干渉を示すので、ＴＥ偏光に対するＴＭ偏光の割合が変化すると、送達される総ドーズが変化する。低ｋ１結像はドーズの変動に特に敏感である。非偏光を使用することができる場合には、非偏光をＴＭ偏光とＴＥ偏光の非コヒーレントな重ね合わせとして理解することができる場合であっても、偏光歪みに対する感度は低下する。しかし、非偏光を使用してプリントを成功させるためには、両方の偏光が高いコントラストを提供し、レジスト系が、非偏光条件を実質的に除去するであろう示差的な偏光感度を示さないことが望ましい。
【特許文献１】U.S. Patent No. 6,770,419
【特許文献２】U.S. Patent No. 6,653,048
【特許文献３】U.S. Patent No. 6,444,408
【特許文献４】U.S. Patent No. 6,171,757
【特許文献５】US20050091634A1
【特許文献６】US20050091631A1
【特許文献７】US20050091014A1
【非特許文献１】Rosenbluth et al., Fast calculation of images for high numerical aperturelithography, SPIE v.5377 - Optical Microlithography XVII, (2004): p. 615
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１３】
従来技術のこれらの問題および欠点に留意すると、本発明の目的は、リソグラフィ・プロセスにおいて高開口数結像ツールを使用するときに、レジスト層上に投影されるフィーチャの像のコントラストを向上させる方法およびシステムを提供することにある。
【００１４】
本発明の他の目的は、リソグラフィ・プロセスにおいてＴＭ波コントラストを復元する方法およびシステムを提供することにある。
【００１５】
本発明の他の目的は、実質的に偏光されていない光を使用して高開口数リソグラフィ・プロセスを実行する方法を提供することにある。
【００１６】
本発明の他の目的は、マスク、結像光学部品またはウェーハ・プロセス膜によって引き起こされる偏光の変化に鈍感な高開口数リソグラフィを実行する方法を提供することにある。
【００１７】
本発明の他の目的および利点は、その一部は自明であり、他の一部は本明細書から容易に理解できる。
【課題を解決するための手段】
【００１８】
上記の目的および当業者には明白なその他の目的は、高開口数結像ツールを使用したリソグラフィ・プロセスにおいて感光性領域を有するレジスト層を像に露出する方法を対象とする本発明によって達成され、この方法は、空中像を形成した放射を投影するための高開口数の結像ツールを用意するステップと、結像ツールの放射を反射する層と、反射層の上にあって感光性領域を有するレジスト層とを有する基板を用意するステップであって、レジスト層が厚さを有するステップとを含む。次いでこの方法は、空中像を含む放射を結像ツールからレジスト層上に投影するステップであって、空中像を含む放射の一部分がレジスト層を通過するステップと、レジスト層を通過した空中像を含む放射の一部分を反射層からレジスト層へ再び反射させるステップとを含む。反射された放射は、レジスト層の中に、レジスト層の厚さを貫いて、投影された空中像の干渉パターンを形成する。前記レジスト層の前記感光性領域での空中像のコントラストを向上させるため、レジスト層の感光性領域の反射層に対する位置は、干渉パターンのうち、レジスト層の厚さの方向において相対的にコントラストが高い干渉パターンの部分を含み、レジスト層の厚さの方向において相対的にコントラストが低い干渉パターンの部分を前記レジスト層の前記感光性領域から除外するように選択される。
【００１９】
放射はＴＭ波を含み、反射層はこのＴＭ波を反射し、レジスト層の感光性領域内の干渉パターンは、このＴＭ波によって生み出された干渉パターンの相対的にコントラストが高い部分を含む。
【００２０】
他の態様では、本発明が、高開口数結像ツールを使用したリソグラフィ・プロセスにおいて感光性領域を有するレジスト層を像に露出するためのシステムを対象とし、このシステムは、結像ツールの放射を反射する層をその上に有する基板と、反射層の上にあって、感光性領域を有し、厚さを有するレジスト層とを含む。この結像ツールは、空中像を含む放射をレジスト層上に投影するように適合されており、空中像を含む放射の一部分がレジスト層を通過し、レジスト層へ再び反射する。反射された放射は、レジスト層の中に、レジスト層の厚さを貫いて、投影された空中像の干渉パターンを形成する。前記レジスト層の前記感光性領域での空中像のコントラストを向上させるため、レジスト層の感光性領域の反射層に対する厚さおよび位置は、干渉パターンのうち、レジスト層の厚さの方向において相対的にコントラストが高い干渉パターンの部分を含み、レジスト層の厚さの方向において相対的にコントラストが低い干渉パターンの部分を前記レジスト層の前記感光性領域から除外するように選択される。
【００２１】
レジスト層での空中像のコントラストを向上させるため、反射層に対するレジスト層の厚さは、干渉パターンのうち、レジスト層の厚さ方向において相対的にコントラストが高いＴＭ波干渉パターンの単一の領域を含み、レジスト層の厚さの方向において相対的にコントラストが低いＴＭ波干渉パターンの領域をレジスト層から除外するように選択されることが好ましい。レジスト層は、シリコン、鉄、ハフニウム、チタンおよびこれらの組合せからなるグループから選択された無機部分を含むことが好ましい。
【００２２】
好ましくは、反射層とレジスト層の間にスペーサ層が含まれる。このスペーサ層が有機共重合体を含み、スペーサ層の屈折率が約１．７であることが好ましい。
【００２３】
レジスト層の厚さは、概ね
（２・ｋ１・λ／ＮＡ）／Ｓｑｒｔ［（４・ｋ１・ｎ／ＮＡ）２−１］
よりも薄いことが好ましい。上式で、ｋ１はこのプロセスのハーフ・ピッチｋ１係数、ｎはレジスト層の屈折率である。
【００２４】
より好ましくは、レジスト層の厚さが３０ｎｍ未満、例えば約１５から３０ｎｍであり、レジスト層が、少なくとも厚さ６０ｎｍのスペーサ層によって反射層から離隔される。
【００２５】
この方法は、結像ツールの開口数が少なくとも０．９５であるときに特に有用である。
【００２６】
新規であると考えられる本発明の諸特徴および本発明を特徴付ける諸特性を、添付の請求項に詳細に記載した。図面は単に例示を目的にしたものであり、尺度は一律ではない。しかし、本発明自体は、その構成と機能方法の両方について、添付の図面とともに以下の詳細な説明を参照することによって最もよく理解することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２７】
次に、本発明の好ましい実施形態を説明するため図３〜８を参照する。これらの図では同様の符号が本発明の同様のフィーチャを指す。
【００２８】
リソグラフィ・プロセスにおいて高開口数結像ツールを使用するときに、レジスト層の露光中の像のコントラストを向上させるため、本発明は、到来像波のｚ成分とは反対向きのｚ成分を有するＴＭ（ｔｒａｎｓｖｅｒｓｅ  ｍａｇｎｅｔｉｃ）波の反射干渉、ならびに、結像ツールで使用される放射を反射する層の上のｚ方向の干渉パターンに適切に一致させたレジスト層の厚さおよび感光性位置の選択を使用する。
【００２９】
図３に、高入射角の光波がレジスト層５０を通過する様子を示す。入射波４６ａおよび４６’ａは対角θでレジスト層に入り、それぞれ波４６ｃ、４６’ｃとして屈折する。これらの入射光線のＴＭ偏光電界ベクトルは、矢印４６ｂおよび４６’ｂによって示されている。光の半サイクルの間、屈折波の電界４６ｄおよび４６’ｄは、レジスト層の中で不完全な下向きの角度、すなわちｚ軸に沿った下向きの成分を有する。
【００３０】
本発明によれば、図３は、レジスト層５０とウェーハ基板４２の間に、この結像システムで利用される光を反射する層６０が配置された構成を示す。レジスト層５０は従来の形態のレジスト層であるので、反射層６０を含むといっても、図３は、本発明の好ましい実施形態の好ましい表現を示しているわけではないことに留意されたい。一般に、波長約１５７ｎｍから３６５ｎｍの放射に対して、本発明は、例えば厚さ約１００ｎｍのアルミニウム膜を含む反射層系を使用する。それぞれの光線４６ｃ、４６’ｃは反射膜６０で反射され、それぞれ反射波４６ｅおよび４６’ｅを生み出す。これらの反射光線はそれぞれＴＭベクトル４６ｆおよび４６’ｆを有し、これらのベクトルは、電界４６ｄおよび４６’ｄの概ね下向きである光の半サイクルの間、概ね上向きの角度を有する。図示のｚ位置では、これらの電界の幾何学的向きおよび反射層の高い反射率のため、４つのベクトル４６ｄ、４６’ｄ、４６ｆおよび４６’ｆのベクトル和はほぼゼロである。言い換えると、反射層によって生み出された反射波４６ｅおよび４６’ｅのｚ成分は、その向きが入射像波４６ｃおよび４６’ｃのｚ成分の向きと反対であり、大きさがほぼ等しいため、図示のｚ位置において弱め合う干渉はほぼ完全である。より一般的に言うと、ＴＭ光線４６ｄ、４６’ｄと４６ｆ、４６’ｆの干渉の結果として、ｚ方向に、すなわちレジスト層５０の厚さを貫く方向に、干渉パターンが形成される。原理上はほぼ完全な弱め合う干渉を達成することができるが、示された全ての４つのＴＭ波において完全な強め合う干渉は達成されない。この構成では、ベクトル干渉が、ＴＥ偏光に比べてＴＭ偏光のピーク・ドーズを低減させるが、ある平面内ではＴＭコントラストを低減させない。しかし、従来技術と同様に強め合う干渉が不完全である場合でも、この新しい構成では入射波と反射波の両方によってレジストが露光されるので、この構成は通常、高ＴＭコントラストの平面内でＴＭドーズ全体を増大させる。ｚ方向のドーズの変動はＴＥ偏光とＴＭ偏光の両方で起こる。最大ＴＭドーズの平面は最大ＴＭコントラストの平面でもある。
【００３１】
図４に、反射膜６０からの反射の結果として、レジスト層５０の厚さを貫いて、このような高入射角ＴＭ波によって生み出された干渉パターンを示す。ｚ方向はレジスト層（厚さ２５０ｎｍを有するものとして示されている）の厚さを貫く方向であり、ｘおよびｙ方向はレジスト層の平面内にある。この図では、約０のｘ位置に名目上暗いライン５２が形成され、約−８０ｎｍのｘ位置に明るいスペース５４が形成されている。さらに、約＋１６０ｎｍおよび−１６０ｎｍのｘ位置に、追加の暗いライン（識別されていない）の干渉パターン、約＋８０ｎｍのｘ位置に、明るいスペース（識別されていない）の干渉パターンが示されている。これらの暗いラインおよび明るいスペースは図の境界の外側でも繰返し現れる。暗いライン５２に沿ってｚ方向に間隔を置いて位置する相対的に明るい領域８０は、コントラストが相対的に低い（この暗いラインが相対的に明るく見える）領域であり、これらの領域は、間隔を置いて位置するコントラストが極大の（この暗いラインが相対的に暗く見える）領域によって分離されている。例えば暗いライン５２は、約１３ｎｍ、８８ｎｍ、１６３ｎｍおよび２３８ｎｍのｚ位置に、コントラストが相対的に低い領域８０を有し、約５０ｎｍ、１２５ｎｍおよび２００ｎｍの高さにコントラストが極大の領域を有する。明るいライン５４に関しては、暗いライン５２の高コントラスト領域に対応するものとして、より強度が高い中心９２を有しｚ方向に間隔を置いて位置する高強度の領域９０が見られる。
【００３２】
図５に、反射層によって従来の厚さｃのレジスト層５０の中に生み出されたＴＭおよびＴＥ偏波の干渉パターンを示す。次に説明するように、図５は、本発明の機能を説明するのに役立つ他のフィーチャによって注釈が付けられた本発明の一表現を含むと理解することもできる。従来の厚さのレジスト層５０は、低コントラスト領域８０、高強度領域９０およびよりいっそう高強度の領域９２を有するＴＭ干渉パターン１０１と、これに匹敵する高強度の領域９０’および９２’を有し、なおかつ均一な高いコントラストを有するＴＥ干渉パターン１１１とを有する。その下の反射層６０を使用して得られる完全な弱め合う干渉を利用するため、本発明によれば、ｚ方向の厚さに沿って最も高いＴＭコントラストを有すると思われるレジストの部分を、ウェーハ上で使用されるレジスト層に利用する。言い換えると、レジスト層が相対的にコントラストが高い干渉パターンの部分を含み、相対的にコントラストが低いと思われる干渉パターンの部分の少なくとも一部、好ましくは大部分を除外するように、反射層６０の上の所望の位置に、従来のレジスト層よりも薄い適当な厚さのレジスト層が配置される。一般に、レジストの１つまたは複数の感光性領域の位置および厚さを、ｚ方向に沿ったこの干渉パターンの高コントラスト領域と一致させる。
【００３３】
反射層６０の上の距離ｂのところにある厚さａの薄い感光性結像層部分５０’が、利用すべきレジスト層の厚さおよび位置として選択された、レジスト層の好ましい１つの選択を図５に示す。感光性レジスト層５０’は、ＴＭ干渉パターン１０１の最もコントラストが高いＴＭ干渉部分１０２を含む層として示されており、この層は、相対的にＴＭコントラストが低い干渉パターンの部分を除外する。感光性レジスト層５０’の厚さａは、ｚ方向の高ＴＭコントラスト領域を１つだけ包含するように示されているが、相対的にコントラストが低い隣接する上下の領域が除外される場合には、ｚ方向の複数の高ＴＭコントラスト領域を使用することもできる。反射層６０に対する感光性レジスト層５０’の適当な位置を保証するために、厚さｂのスペーサ層７０を使用することができる。通常ならより厚いレジスト層５０の中の完全な干渉パターンである干渉パターンの中の、ＴＭコントラストが打ち消されていない１つの領域だけにレジスト露光を閉じ込めるため、感光性レジスト層５０’のｚ方向の厚さは一般に、通常使用されるよりも薄い。
【００３４】
スペーサ媒質７０の存在下での基板上の反射層からの示差的なＴＥ／ＴＭ位相シフトのため、選択されたＴＭ干渉パターン１０２は、感光性レジスト層５０’の中のＴＥ干渉パターン部分１１２に対して垂直にシフトされている。さらに、集められたＴＥドーズをＴＭドーズとほぼ一致させるために、感光性レジスト層５０’の位置を、ＴＥの明るい縞（実際にはＴＭ強度よりも明るいが、この図には独立した明るさスケールで描かれている）の部分を除外するように選択することもできる。このシステムは、ＴＥ偏光とＴＭ偏光のドーズを実質的に等しくし、コントラストを実施的に等しくするので、非偏光とともに使用することができ、前述の偏光感度の影響を受けにくい。スペーサ層と反射膜は合わせて反射層系を構成する。この反射層系が、結像システムの折り返された焦点深度の範囲内に実質的にとどまる十分な薄さを有し、ＴＭ位相シフトが、高ＴＭコントラストの平面の近くに感光性レジスト部分を配置し、好ましくは示差的なＴＥ／ＴＭ位相シフトが、感光性領域内のＴＥドーズとＴＭドーズをほぼ釣り合わせる限りにおいて、他の高反射率層の組合せを使用することもできる。通常、上記の最後の設計目標は残りの２つの設計目標ほどには重要ではない。図５のＴＥおよびＴＭ干渉パターンはこのような実施形態の概要にすぎないが、感光性領域内の干渉波に関する限り、定性的には非常に類似した分析が概ねあてはまる。
【００３５】
定量的な分析は、Rosenbluth et al. "Fast calculation of images for high numerical aperturelithography," SPIE v.5377 - Optical Microlithography XVII, (2004): p. 615に記載された式を使用して実施することができる。この文献の式１１または式１９を使用すると、スペーサの厚さが適当な場合、ＴＭコントラスト比（ＣＲ）が下式によって与えられることを示すことができる。
【００３６】
【数１】
2007129222.tif 000003
【００３７】
上式で、θ″はレジスト膜の内部の伝搬角であり、ｒは下式のように定義される。
ｒ≡ｖｐ／ｕｐ
ｒは本質的に、ウェーハ膜スタックの中に置かれたときの反射膜スタックの反射率である。ｖｐおよびｕｐはそれぞれ、単位入射波振幅あたりの上行（ｕｐ−ｔｒａｖｅｌｉｎｇ）および下行（ｄｏｗｎ−ｔｒａｖｅｌｉｎｇ）ＴＭ波の振幅である。ｖｐおよびｕｐは、Rosenbluth et al.に説明されている標準薄膜法を使用して計算することができる。値ｒは、レジスト層を誘電体として近似できるときに特に計算が容易である。その場合、レジスト層の上の全ての膜を単純に無視することができ、入射媒質を、レジスト屈折率に等しい屈折率の半無限大膜として取り扱うことができる。これらの式中のＣＲは下式のように定義される。
（Ｉｍａｘ−Ｉｍｉｎ）／（Ｉｍａｘ＋Ｉｍｉｎ）
上式で、Ｉｍａｘは、２ビーム・ライン／スペース像を生み出すための標準リソグラフィ条件下での明るいスペースの強度、Ｉｍｉｎは暗いラインの強度である。スペーサの厚さが最適でないとき、ｒの位相は変化し、ＣＲは下式から計算することができる。
【００３８】
【数２】
2007129222.tif 000004
【００３９】
上式で、φはｒの位相の変化である。
【００４０】
従来のレジスト系では、ｒがかなり小さく、したがって従来どおりＣＲ≒１−２ｓｉｎ２θ″であり、明らかに、レジストの内部の伝搬角が大きいとき、ＣＲはかなり大幅に低下する。一方、｜ｒ｜≒１の場合、φ＝０のときにＣＲ≒１である。さらに、上記のＣＲの式の分母に現れる因数２｜ｒ｜と分子の式１＋｜ｒ｜２との差は、｜ｒ｜が１に近付くにつれて２次関数的に低下し、このことは、｜ｒ｜が特に大きくなくても、コントラストのかなりの向上が可能であることを意味する。
【００４１】
本発明に従って使用される感光性レジスト層の厚さは、概ね
（２・ｋ１・λ／ＮＡ）／Ｓｑｒｔ［（４・ｋ１・ｎ／ＮＡ）２−１］
よりも薄いことが好ましい。上式で、ｋ１はそのプロセスのハーフ・ピッチｋ１係数、ｎはレジストの屈折率である。感光性レジスト層の厚さがこの量の約半分よりも小さく、約１５から３０ｎｍの範囲にあるとより好ましい。
【００４２】
分かりやすくするため、図５の実施形態の本発明の構成要素を図６に分離して示す。ＴＥおよびＴＭ干渉パターンは除かれている。
【００４３】
好ましい一実施形態では、感光性レジスト層ができるだけ高い屈折率を有し、好ましくはｎが１．８５超であり、本発明に基づく薄層として使用されるときに、感光性レジスト層がエッチングに抵抗するハードマスク特性を有する。十分なエッチング抵抗性を示す適当な材料は、無機部分を含むフォトレジスト系から選択することができる。無機部分がシリコンである場合の１９３ｎｍリソグラフィに適したレジスト系の一般的な例が、U.S. Patent No. 6,770,419、6,653,048および6,444,408に記載されている。無機部分がフェロセン（鉄）、ハフニウム系またはチタン系であるレジスト系の追加の例がU.S.Patent No. 6,171,757に記載されている。これらの特許の開示は参照によって本明細書に組み込まれる。本発明で使用される無機部分は、１９３ｎｍリソグラフィで高い吸収を示す可能性があるが、シリコンとチタン、ハフニウム、フェロセンなどの無機部分との組合せを使用して、適当な屈折率および本発明で使用される薄い感光層に適した透明性を達成することができる。
【００４４】
レジスト膜が１．８５超などの高い屈折率を有するとき、本発明で使用される好ましいスペーサは屈折率約１．７のアクリル酸樹脂、ポリスチレンなどの有機共重合体である。超高屈折率レジストおよびスペーサ屈折率約１．７に対して、最適なスペーサの厚さは約６４ｎｍであり、好ましくは約６４±５ｎｍの範囲から選択することができる。
【００４５】
一般に、所与の一組の膜屈折率に対する適当なスペーサ厚さは、例えば市販のリソグラフィ・シミュレーション・プログラムの１つを使用したシミュレーションによって決定し、または厚さを段階的に変化させたスペーサを試験ウェーハ上に回転塗布し、次いで最適な厚さを決定することによって実験的に決定することができる。最適な厚さは、試験ウェーハの異なる領域の性能を比較することによって、具体的にはＴＥドーズとＴＭドーズの差を最小化する領域およびその関連スペーサ厚さを見つけることによって決定することができる。
【００４６】
レジスト層はその最上位部分を感光性とすることができ、このレジスト層は、最初にレジストがポジ型レジストであると仮定した場合に感光性部分の露光領域が現像によって除いた後に、レジスト層の残りの部分を貫通エッチングすることができる方法で形成しまたは処理することができる。このことはネガ型レジストに対しても言える。ただし、ネガ型レジストの場合には現像によって除かれる部分が感光性部分の非露光部分である。あるいは、上位の感光性レジスト層の像を現像した後に、下層の別の膜を貫通エッチングしてもよい。この現像された領域およびエッチングされた領域は次いで、製造中の集積回路の構成膜にパターンを転写するためのステンシルとして機能することができる。この文脈において、感光性領域は、露光像に反応し、かつ露光後の現像液に反応するレジストの部分だけを含む。集積回路にそのパターンが転写されるのは現像された領域だけだからである。多くの場合、レジスト層は、露光後、現像される前に加熱される。感光性領域の厚さが１５ｎｍから３０ｎｍであるとき、この加熱ステップは、この厚さを横切って露光プロファイルを平滑化し、ｚ範囲にわたってそれを適当に均一にする。
【００４７】
約１．７のレジスト屈折率は、無機部分がシリコンであるときに達成することができ、このような化学的性質は非常によく現像される。このようなレジストに対する適当なスペーサ屈折率はｎ＝１．６であり、スペーサの厚さは約７７±５ｎｍとすることができる。図７に、ひとみ座標０．８９（ひとみ半径に対する割合として表現）、波長１９３ｎｍ、ＮＡ１．２および結合屈折率１．４３で＋／−１次が中心にくるように配置された半径０．１の極を有する従来の光源を使用し交互位相シフト・マスクによって生み出された９０ｎｍピッチのライン／スペース・パターンへのウェーハの露出をシミュレートすることによって得られた本発明のこの構成の試験を表すグラフを示す。これはハーフ・ピッチｋ１係数０．２８に対応する。ウェーハ基板は、厚さ１００ｎｍのアルミニウムの反射層、厚さ７７ｎｍ、屈折率１．６のスペーサ層、および厚さ２０ｎｍ、屈折率１．７のレジスト層を有する。描かれた露光プロファイルはｚ範囲２０ｎｍの平均である。反射層およびスペーサのない厚さ１６０ｎｍ、屈折率１．７の従来のレジスト層と比べたとき、本発明は、従来のレジストとウェーハの組合せよりもずっと高いＴＭコントラストを生み出し、ＴＥドーズとＴＭドーズを実質的に一致させることが分かる。従来のシステムの焦点は、ＴＭコントラストを最大にする判定基準に従って設定されたが、それにもかかわらず従来のシステムによって達成されるＴＭコントラストは非常に低い。その代わりに従来のシステムは、より良好なＴＥ焦点深度を求めて調整することができるが、しかしその場合、ＴＭコントラストはいっそう低下しよう。
【００４８】
ｋ１＝０．２８結像に必然的に付随する比較的に急な伝搬角で、本発明は、レジスト層内のＴＭコントラストを高める反射層系からのＴＭ位相シフト、およびＴＥドーズとＴＭドーズを実質的に釣り合わせる示差的なＴＥ／ＴＭ位相シフトを達成する。リソグラフィ技術における標準プラクティスと同様に、これらの光源パラメータは、存在する最も攻撃的なｋ１フィーチャ、この場合ｋ１＝０．２８フィーチャの付近で最適化される。この最適化は焦点深度を向上させる。このことは一面においては、使用される薄いレジスト層のため本発明によって容易になる要件だが、反射波は適度によく集束していなければならないため、他の面では本発明によってより厳しくなる要件である。図７は、全体として本発明が、このような攻撃的なｋ１係数に対して許容される焦点深度、特に、無視できないほどのＴＭコントラストが要求される条件下で従来のシステムよりも良好な焦点深度を提供することを示している。
【００４９】
これらの結像要件は全て、より大きなｋ１係数に関連したより小さな伝搬角でより容易に達成される傾向がある。しかし、最も攻撃的なｋ１フィーチャに対して最適化されたプロセス・パラメータが、存在する可能性があるより大きなｋ１係数を有するフィーチャに対しても十分に機能する、たとえこれらのパラメータがこれらのより大きなｋ１フィーチャに対して最適化されていない場合であっても十分に機能することを確認しなければならない。図８は、最も攻撃的なｋ１フィーチャのピッチの２倍の穏健なピッチのフィーチャが存在するいわゆる「ＤＦＭ設計」に本発明を適用して例を使用して、本発明がこのことを達成することを示している。
【００５０】
このように本発明は、リソグラフィ・プロセスにおいて高開口数結像ツールを使用するときに、レジスト層上に投影されるフィーチャの像のコントラストを向上させる。本発明は、完全な弱め合う干渉を可能にするために追加の干渉波を像に反射し、ＴＥ対ＴＭドーズなど、他の偏光依存性に関してより良好な均一性を達成する膜スタックを提供することによってリソグラフィ処理におけるＴＭ波コントラストを復元し、非偏光の使用を可能にする。
【００５１】
反射層系からの迷光が増大する場合、吸収トップコートを追加することによってその影響を改善することができる。このトップコートを透過することよって像は減衰するだけだが、反射された迷光は、トップコート透過の２乗に比例して低減するためである。この迷光の影響はあるいは、最近開発された他の知られているフレア補正法、例えばUS20050091634A1、US20050091631A1およびUS20050091014A1に記載されている方法を使用して補正することもできる。
【００５２】
好ましい特定の一実施形態に関して本発明を具体的に説明したが、以上の説明を検討した当業者には多くの代替、修正および変更が明白であることは明らかである。したがって、添付の請求項が、このような代替、修正および変更を、本発明の真の範囲および趣旨に含まれるものとして包含することが企図される。
【図面の簡単な説明】
【００５３】
【図１】マスクを通した像をウェーハ上に投影するための走査ステップ式露光システムの透視図である。
【図２】ウェーハのレジスト層に入射した高入射角ＴＭ偏光光線の屈折を示す立断面図である。
【図３】ウェーハ・レジスト層を通過し、ウェーハ基板上の反射層から反射された高入射角光線の立断面図である。
【図４】ウェーハ基板上の反射層の結果としてレジスト層内に生み出されたＴＭ偏光のｘおよびｚ方向のコントラストの変化を示す立断面図である。
【図５】本発明に基づく、ＴＭコントラストを最大化するための反射層に対するレジストの感光性位置の選択、およびレジストの厚さの選択を示す立断面図である。
【図６】本発明に従って選択されたレジストの感光性位置および厚さを示す図である。
【図７】低ｋ１のラインおよびスペースをプリントするときにＴＭコントラストを実質的に復元する本発明の性能を示すグラフである。
【図８】中程度のｋ１のラインおよびスペースをプリントするときにＴＭコントラストを維持する本発明の性能を示すグラフである。
【符号の説明】
【００５４】
２０  走査ステップ式結像ツール
２２  光源
２４  光軸
２６  コンデンサ・レンズ系
２８  フォトマスクまたはレチクル
３０  走査方向
３２  開口またはスリット
３３  マスク・ステージ
３４  投影光学部品
３６  空中像
３８  基板ステージ
４０  パターンまたは像
４２  ウェーハ
４４  放射
４６  放射
４６ａ  入射波
４６’ａ  入射波
４６ｂ  入射波のＴＭ電界ベクトル
４６’ｂ  入射波のＴＭ電界ベクトル
４６ｃ  屈折波
４６’ｃ  屈折波
４６ｄ  屈折波のＴＭ電界ベクトル
４６’ｄ  屈折波のＴＭ電界ベクトル
４６ｅ  反射波
４６’ｅ  反射波
４６ｆ  反射波のＴＭベクトル
４６’ｆ  反射波のＴＭベクトル
４７  レジスト層の表面に垂直な線
５０  レジスト層
５０’  感光性レジスト層
５２  暗いライン
５４  明るいスペース
６０  反射層
７０  スペーサ層
８０  相対的に明るい領域（低コントラスト領域）
９０  高強度領域
９０’  高強度領域
９２  より高強度の中心領域
９２’  高強度領域
１０１  ＴＭ干渉パターン
１０２  ＴＭ干渉パターンの最もコントラストが高い部分
１１１  ＴＥ干渉パターン
１１２  ＴＥ干渉パターンの部分
【図１】
2007129222.tif 000005
【図２】
2007129222.tif 000006
【図３】
2007129222.tif 000007
【図４】
2007129222.tif 000008
【図５】
2007129222.tif 000009
【図６】
2007129222.tif 000010
【図７】
2007129222.tif 000011
【図８】
2007129222.tif 000012