吸収度変調リソグラフィシステムおよび方法
記録媒体に投射されるイメージング電磁エネルギエリアのアレイを与えるリソグラフィシステムを開示する。記録媒体とイメージング電磁エネルギエリアとの間に可逆コントラスト強調材料を配置する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本願は、２００６年１月１３日出願の米国実用新案出願第１１／３３１，７５２号の優先権を主張する。この実用新案出願第１１／３３１，７５２号の全内容を本願に引用して適用する。
【０００２】
本発明は、一般にはリソグラフィに関し、より特定的にはゾーンプレートアレイ・リソグラフィに関する。
【背景技術】
【０００３】
ゾーンプレートアレイ・リソグラフィシステムでは、フレネルゾーンプレート等の偏向レンズのアレイを用いて、基板上の感光層上にしっかりと合焦点したスポットのアレイを形成できる。例えば、本願に引用して適用する米国特許第５，９００，６３７号は、フレネルゾーンプレートの多重化アレイを用いるマスクレス・リソグラフィシステムおよび方法を開示している。各偏向レンズに入射する光は、例えば空間光変調器の１ピクセルごとに制御できる。このようなシステムで使用する空間光変調器は、リフレッシュレートが高く、２００ｎｍ未満等の短波長で動作でき、かつリアルタイムでグレースケーリングまたは強度変調可能でなければならない。
【０００４】
上記の要件を満たしうる市場入手可能な空間光変調器の一つに、シリコン・ライト・マシーンズ社（Ｓｉｌｉｃｏｎ Ｌｉｇｈｔ Ｍａｃｈｉｎｅｓ、米国カリフォルニア州サニィベール）製造のグレーティングライトバルブ（ＧＬＶ）空間光変調器がある。ＧＬＶはピクセルのリニアアレイから構成され、各ピクセルは６本の金属製リボンからなり、回折格子を形成する。交互のリボンが静電駆動によって動かされ、反射面または格子のいずれかとなる。
【０００５】
だがこのようなシステムのリソグラフィ解像度は、空中画像(aerial image)のコントラストによって制限されうる。画像のコントラストは印刷されたパターンに依存する。高密度グレーティングの空中画像コントラストを、グレーティングのハーフピッチの関数として計算することにより、光学性能を定量化できる。画像コントラストＫは、以下の式で表わされ、
【数１】
式中、ＩmaxおよびＩminは希望パターンを与えるために用いる照射信号の最大および最低強度をそれぞれ示す。例えば図１に示すように、画像領域（参照番号１２で示す）と非画像領域とを交互に含む希望パターンを、照射信号１４を用いて作成できる。希望グレーティングパターン１０のピッチｐは照射信号１４のピッチｐに対応する。
【０００６】
だが照射信号１４の強度プロファイルは、光源信号１８（同じくピッチｐ）によってイメージングされるとフォトレジスト１６上で画像パターンを生じる。フォトレジスト層１６はウェハ２０によって支持され、光源１８に露光された印付けされた領域をフォトレジスト層中に含む。露光後、フォトレジスト層を現像し、印付き領域を除去すると、下層のウェハ２０の露光部分２２が残される。しかし解像度向上の努力（例えばピッチｐの縮小）は、少なくとも一部には照射信号１４の強度プロファイルのため、画像コントラストの劣化を生じうる。
【０００７】
具体的には、周期の異なるグレーティングの空中画像を、開口数（ＮＡ）＝０．７およびλ＝４００ｎｍのゾーンプレートアレイ・リソグラフィシステムを仮定してシミュレーションする。各グレーティングの断面を複数回のラインスキャンについて平均し、画像コントラストを上記の式（１）を用いて計算する。ｋ1をリソグラフィの解像度（波長およびＮＡに対して正規化）の測定単位とすると、画像コントラストはｋ1の関数として以下の式で表すことができる。
【数２】
式中、ＮＡは開口数、λは露光波長を示す。例えば、従来技術のあるシステムではｋ1＝０．３２となりうるが、これは画像コントラスト約１８％に相当する。ピッチｐが小さくなるに従い、一部には各光源１８の空間距離（ｓｐａｔｉａｌ ｅｘｔｅｎｔ）のため、画像コントラストは悪化する。
【０００８】
画像コントラスト改善の試みとして、コントラスト強調型リソグラフィ(contrast enhanced lithography)を用いることができる。具体的には、図２Ａ〜図２Ｄに示すように、ウェハ２８上のフォトレジスト層２６上面にコントラスト強調材料(contrast enhancement material)２４をスピンコートする。コントラスト強調材料２４は、例えば露光量の増大に伴い吸収が減じられる（すなわち透明化する）フォトブリーチ（光退色）可能なポリマーから構成できる。理想のコントラスト強調システムについて、透過光の強度を時間の関数としてプロットできる。コントラスト強調材料２４は、露光前は不透明で、光はほとんど材料２４を通過しない。照射ビーム３０による十分な露光後、材料は透明になり、光は参照番号３２で示すエリアを透過する。コントラスト強調材料２４を完全に退色させるのに十分高い露光量の場合のみ、フォトレジスト層に光が導入される。これによりフォトレジスト中に記録された画像のコントラストを増大させる。フォトレジストとウェハ間に抗反射コーティングを用いてもよい。
【０００９】
図２Ｂに示すように、照射は、ウェハ２８の規定領域３４のコントラスト強調材料２４が透明になるエリア（参照番号３２で示す）にのみ到達できる。次いで、図２Ｃに示すように、コントラスト強調材料２４が溶解する適当な媒体（例えば水）を用いて、コントラスト強調材料２４を除去する。次いで、フォトレジスト現像により規定領域３４を除去し、これによりフォトレジスト層２６中に開口３６が残り、ここを通ってウェハ２８の一部を図２Ｄに示すように露光できる。
【００１０】
コントラスト強調材料を用い、コントラスト強調材料の光退色率およびフォトレジストのクリアリング線量(clearing dose)を制御することで、フォトレジスト中に記録される空中画像のコントラストを強調できる。コントラスト強調材料は本質的にはコンタクトマスクとして機能し、フォトレジスト中に記録される画像のコントラストを増大させる。コントラスト強調材料は現像前にレジストから除去する。コントラスト強調材料がフォトレジストに対して適合性がなければ、コントラスト強調材料とフォトレジストとの間にバリア層が必要である。これもまた露光後にバリア層除去の追加ステップを生じる。市場入手可能な複数のコントラスト強調材料があり、いくつかのものは水溶性である。
【００１１】
理想的には、このようなコントラスト強調材料は、照射信号１４によって、各照射ビームのエッジ部で瞬間ステップを与えるオン／オフステップパターンで退色する。ただし、ビームは図１Ｂに示すような強度プロファイルをもつので、コントラスト強調材料は各照射ビームの中心からの距離に伴って様々な量だけ退色する。これにより解像度を制限する。さらに、非画像エリア近傍の反復照射が時間とともに蓄積され、最終的には材料が透明になるしきい値に達する場合がある。
【００１２】
コントラスト強調は、現像剤の希釈または薄いフォトレジスト層を用いても得ることができるが、かかるシステムは、ラインエッジラフネス（粗さ）およびパターン転写が困難等の問題がある。
【００１３】
したがって、マスクレス・リソグラフィにおいてより効率的かつ経済的に画像コントラストを向上させるイメージングシステムが必要とされている。
【発明の開示】
【課題を解決するための手段】
【００１４】
一態様に従えば、本発明は、記録媒体に投射されるイメージング電磁エネルギエリアのアレイを与えるリソグラフィシステムを提供する。記録媒体とイメージング電磁エネルギエリアのアレイとの間に可逆コントラスト強調材料を配置する。
【００１５】
他の態様に従えば、本発明は、記録媒体の表面上に、第１波長の第１電磁場の干渉パターンを与える第１干渉システムと、記録媒体−第１干渉システム間に配置した可逆コントラスト強調材料とを含むリソグラフィシステムを提供する。
【００１６】
さらに他の態様に従えば、本発明は、フォトレジスト材料上にリソグラフィ画像を形成する方法を提供する。方法は、可逆コントラスト強調材料の少なくとも第１部分と、フォトレジスト材料の関連部分とを第１波長をもつ第１電磁場で照射するステップを含む。可逆コントラスト強調材料の照射により、可逆コントラスト強調材料の第１部分を第１状態から第２状態に変化させる。方法はまた、可逆コントラスト強調材料の少なくとも第２部分を、第２波長をもつ第２電磁場で照射するステップを含み、これにより可逆コントラスト強調材の第２部分を第１状態に維持する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１７】
以下の説明は、添付図面を参照すればより深く理解できる。図面は例示のみを目的とし、必ずしもスケーリングは必要ない。
【００１８】
本発明は、本発明の一実施形態に従い、可逆なコントラスト強調材料を用いることのできる吸収度変調リソグラフィシステムを提供する。合焦点した各照射ビームのバックグラウンドによる露光量は、後にコントラスト強調材料、ひいては記録画像から完全に消去される。反転後、フォトレジストには以前の露光の記録はまったく残らない。このため、従来のコントラスト強調材料を用いた場合よりも、２つのスポットを互いにより近接して配置できる。このようなイメージングシステムは、各スポットが他のスポットから独立して印刷されるドット・マトリックス印刷システム等に特に適している。従って、露光したスポット間の最小距離は干渉限度で定められる距離よりも大幅に縮小できる。
【００１９】
図３Ａ〜図３Ｆは、本発明の一実施形体に従うリソグラフィ工程を示す。図３Ａおよび図３Ｂに示すように、ウェハ４４上のフォトレジスト材料４２上の可逆コントラスト強調材料４０に照射ビーム４６によって画像を形成し、フォトレジスト材料４２中に画像領域４８が形成される。照射ビーム４６が停止すると、可逆コントラスト強調材料４０は図３Ｃに示すように不透明に戻る。
【００２０】
その後、ウェハを支持しているステージを移動させるか、または照射を移動させる。次いで図３Ｄに示すように、ウェハに対して画像ビーム４６と異なる位置において、複合材に照射フィールド５０で画像を形成する。画像形成領域５２は、フォトレジスト材料４２中の画像形成領域４８に非常に接近できる。可逆コントラスト強調材料を除去し（図３Ｅ参照）、フォトレジスト材料４２を現像すると、図３Ｆに示すようにフォトレジスト材料４２中に希望の未露光パターン部５４が残る。
【００２１】
可逆コントラスト強調材料には、光化学制御された可逆染料を含むフォトクロミック（光互変性）有機化合物を用いることができる。この場合、回復(recovery)は、スピロピラン、スピロオキサジン(spirooxazines)、およびクロメンを用いた場合と同じく、主として熱メカニズムによって発生する。熱による回復は光互変過程によっても補助される。他の化合物（例えばフルギド類またはアリールエテン類(arylethenes)）では、回復は主に光化学的である。この場合、異なる波長での露光（下層のフォトレジストに影響しない）を用いて回復を誘導する。このような回復は、モードロックされたレーザ中で用いられる飽和可能な吸収（吸光）剤でも存在するが、コントラストはそれほど高くはない。回復は自発的であるのが好ましい。可逆コントラスト強調に理想的な材料は、透明状態と不透明状態とコントラストが高い。また光退色および回復の反応速度が非常に速い。また、平坦基板上のフォトレジスト上面に簡単に薄膜状にスピンコートできるものがよい。最後に、露光後に下層のフォトレジストに影響を与えず簡単に除去できるものがよい。この材料の他の候補には、ポリマーマトリックス中に分散させたナノ粒子、ポリマーマトリックス中に分散させた光互変性染料分子（上述したもの）、アンチモンの薄膜、またはモードロックされたレーザ中で使用される半導体飽和可能な吸収剤(semiconductor saturable absorber)、がある。例えば、図４は、光互変性染料分子５８を含む基板材料５６（ポリマーマトリックス等）を示す。
【００２２】
本発明の一実施形態に従うリソグラフィシステムは、本願に引用して適用する米国特許第５，９００，６３７号および第６，８９４，２９２号に開示されているフレネルゾーンプレート等の各種の合焦点素子のアレイとともに使用できる。図５に示すように、合焦点素子５３のアレイを基板５５上に配置し、各ゾーンプレートは単位セルを規定する。アレイは、異方性エッチングされた垂直のシリコン（Ｓｉ）ジョイスト(joist)５７上に支持され、これは単位セルの列間を分割する剛性の機械的支持となる。本発明の他の実施形態では、ジョイストは不要で、基板はシリコン製でなくてもよい。膜はビーム源に対して透過性の材料から形成される。ビーム源が４．５ｎｍのＸ線ならば、膜は薄い炭素質材料から形成できる。深いＵＶ光を用いる場合は、膜はガラス製で、ゾーンプレートは位相ゾーンプレート、例えばガラスプレートまたは膜に切り込まれた溝等から形成できる。
【００２３】
支持基板５１上には、個々に選択可能な光源５９のアレイも設けられ、各光源はそれぞれ合焦点素子５３の１つと位置合わせされる。光源は、半導体レーザ、ダイオードレーザ、発光ダイオード（ＬＥＤ）、垂直共振器面発光レーザ（ＶＣＳＥＬ）、またはＸ線光源もしくは電子ビーム光源等の他の各種光源から構成できる。これら光源は、アレイ状に微細加工でき、極めて高い変調周波数（約１ＧＨｚ）を出し、超高速パターニング速度となる。さらに他の実施形体では、各光源５９は、画像面における点拡散関数(point spread function)を減じるため、対応する合焦点素子５３に脱焦点パターン（例えばπ／２に位相シフトされたリング位相）を与えるマイクロレンズおよび／または位相シフトマスクを含んでもよい。
【００２４】
合焦点素子は、米国特許出願連続番号第１０／６２４，３１６号（２００３年７月２２日出願、その内容を本願に引用して適用し、米国仮特許出願第６０／３９７，７０５号および第６０／４０４，５１４号の優先権を主張する）に開示されている等の、各種回折および／または反射素子のうち任意のものを含むものでよく、例えば、振幅および／または位相フレネルゾーンプレート、ブレーズドフレネルゾーンプレート、ベッセルゾーンプレート、フォトンシーブ(photon sieve)（振幅フォトンシーブ、位相フォトンシーブ、または交互位相フォトンシーブ等）などであり、それら回折合焦点素子はアポダイズ(apodize)してもよい。これらは大規模アレイにも微細加工でき、例えば可能な最小焦点に達するために、光源アレイから出力される光の波面特性(wavefront characteristics)を補償するように設計してもよい。
【００２５】
図６は、本発明の一実施形態に従うリソグラフィシステム６０の一例を示す。システム６０は、レーザ源６２と、イメージング(結像)レンズ６４と、空間フィルタ６６と、コリメートレンズ６８と、空間光変調器７０と、望遠レンズ７２、７４と、複数の回折素子７８を含む回折素子アレイ７６と、可逆コントラスト強調材料８２で覆われステージ８２で支持されたフォトレジスト材料８４とを含む。可逆コントラスト強調材料８２はフォトレジスト材料８４のトップコートとして用いる。回折素子は、ゾーンプレート（フレネルゾーンプレート等）またはフォトンシーブから構成できる。
【００２６】
レーザ源６２からの照射は空間光変調器７０へ進み、光は空間光変調器７０で選択的に反射してゾーンプレートアレイ７６の特定のゾーンプレート群７８上に当射し、希望の画像形成パターンを形成する。照射されたゾーンプレート７８は、合焦した照射を、参照番号８０で示すようにフォトレジスト材料８６の希望位置に当射する。スキャンステージを移動させて、フォトレジスト材料８４全面に希望の画像パターンを与える。本例では、露光波長が可逆コントラスト強調材料を退色させる。露光照射を遮断（レーザを切る、または空間光変調器が照射ビームをゾーンプレート７８から移動させることによって）すると、可逆コントラスト強調材料は自発的に緩和する。露光用の光のオン／オフ状態のタイミングはフォトレジストを適切に露光すべく制御される。
【００２７】
他の実施形態に従えば、システム９０（図７に示す）は、図６に示す各要素と同様、レーザ源６２と、イメージングレンズ６４と、空間フィルタ６６と、コリメートレンズ６８と、空間光変調器７０と、望遠レンズ７２、７４と、複数のゾーンプレート群７８を含むゾーンプレートアレイ７６と、可逆コントラスト強調材料８２’で覆われステージ８６で支持されたフォトレジスト材料８４とを含みうる。ただし、やはり図７に示すように、システム９０の可逆コントラスト強調材料８２’の緩和は、赤外線（ＩＲ）照射による露光（熱による緩和の場合等）、またはレーザ源６２の波長（λ1）とは異なる第２波長（λ2）をもつ照射による露光（緩和が光によって開始された場合等）によって、支援できる。
【００２８】
ＩＲまたはλ2照射による露光は、光源９２、シャッタまたは音響光学変調器（ＡＯＭ: acousto-optic modulator）９４、イメージングレンズ９６、空間フィルタ９８、コリメートレンズ１００、およびビームスプリッタ／ミキサ１０２によって行うことができる。このシステム９０では、光源６２と変調器７０を使用してフォトレジスト材料８４上にスポットが形成される度に、可逆コントラスト強調材料８２’を緩和させるＩＲまたはλ2照射が可逆コントラスト強調材料８２’を照らす。ＡＯＭ９４は、露光波長と同調して、緩和用に露光を切替えることができる。緩和露光は、露光波長が切られるとオンにされる。
【００２９】
本発明のさらに他の実施形態に従えば、図８に示すように、システム１１０は可逆コントラスト強調材料の選択領域の緩和を行う。具体的には、システム１１０は、図６に示すものと同様、レーザ源６２と、イメージングレンズ６４と、空間フィルタ６６と、コリメートレンズ６８と、空間光変調器７０と、望遠レンズ７２，７４と、複数のゾーンプレート群７８を含むゾーンプレートアレイ７６と、可逆コントラスト強調材料８２’で覆われステージ８６で支持されるフォトレジスト材料８４とを含みうる。ただし、やはり図８に示すように、システム１１０の可逆コントラスト強調材料８２’の緩和は、ＩＲ照射による露光、またはレーザ源６２の波長（λ1）とは異なる第２波長（λ2）をもつ照射による露光によって、支援できる。ＩＲまたはλ2照射の露光は、光源１１２、イメージングレンズ１１４、空間フィルタ１１６、コリメートレンズ１１８、第２空間光変調器１２０、ミラー１２２、およびビームスプリッタ／コンバイナ(combiner)１２４によって行うことができる。このシステム１１０では、フォトレジスト材料８４上の関連位置のイメージング直後に、可逆コントラスト強調材料８２’緩和用のＩＲまたはλ2照射を可逆コントラスト強調材料８２’の希望位置に選択的に投射する。ＩＲまたはλ2照射の焦点合わせは、ゾーンプレートアレイ７６の同一ゾーンプレート群７８を用いて、ゾーンプレート群７８を可逆コントラスト強調材料の緩和が得られるような希望位置に焦点合わせするか、またはゾーンプレート群７８が波長λ1と、波長ＩＲまたはλ2のいずれかと、を同一焦点距離で合焦点するよう設計して行うことができる。
【００３０】
本発明のさらに他の実施形態では、本発明は、成形(shaped)ビームを用いて可逆コントラスト強調材料中の希望露光位置に空白（ヌル：ｎｕｌｌ）を形成できる。例えば、図９Ａ〜図９Ｅに示すように、フォトレジスト材料１３０は可逆コントラスト強調材料１３２でトップコートしてもよい（また希望に応じて、フォトレジスト材料とウェハ１３４との間に抗反射コーティングや、バリア層を含んでもよい）。だが本例の可逆コントラスト強調材料は、波長λexpの露光照射に対して最初は透明である。変形波長λtrの照射に露光されると、可逆コントラスト強調材料は不透明になる。
【００３１】
具体的には、図９Ｂに示すように、参照番号１３６で概略的に示す照射λtrを用いて、まず環状リングスポットを形成する。照射１３６によって可逆コントラスト強調材料１３２に不透明な領域１４０を発現させると同時に、図９Ｂに示すように透明領域１３８を残す。環状スポットの中心である透明領域１３８は、その後、図９Ｃに示すように、照射１４４（λexp）を用いてフォトレジスト材料１３０の該当位置１４２を照射する際のマスクとして用いられる。イメージング領域１４２は、従来のイメージング方法を用いた場合に可能な最小イメージング素子サイズよりも小さくでき、本発明の一実施形態に従う可逆コントラスト強調材料を用いて可能である。
【００３２】
その後、システムは、可逆コントラスト強調材料が緩和し再び透明になるまで待機するか、または緩和照射１４６（ＩＲまたは他の波長の照射λret等）を適用して可逆コントラスト強調材料を緩和させ、図９Ｄおよび図９Ｅに示すように再び透明になるようにしてもよい。波長λretはλtrと等しくてもよい。
【００３３】
図１０に示すように、図９Ａ〜図９Ｅで用いる環状リングスポットを設けるシステム１５０は、図６を参照に説明したものと同様、レーザ源６２と、イメージングレンズ６４と、空間フィルタ６６と、コリメートレンズ６８と、空間光変調器７０と、望遠レンズ７２，７４と、複数の回折素子群を含む回折素子アレイ７６と、可逆コントラスト強調材料８２”で覆われ、ステージ８６で支持されるフォトレジスト材料８４とを含みうる。システムはまた、光源１５２（λtr照射の光源）と、シャッタまたは音響光学変調器（ＡＯＭ）１５４と、イメージングレンズ１５６と、空間フィルタ１５８と、コリメートレンズ１６０と、位相プレート１６２と、ビームスプリッタ／コンバイナ１６４とを含む。位相プレート１６２は、λtr照射中に位相シフト（たとえばスパイラル位相シフト）を行い、図９Ｂおよび図９Ｃに示すような環状リングスポット照射１３６を形成する。
【００３４】
他の実施形態では、システムは、図１１Ａに示すように基板１７０上のフォトレジスト１７２上に堆積させた可逆コントラスト強調材料１７４を、図１１Ｂに示すような定常波照射波形１７６で照射する吸収度変調リソグラフィシステムを構成できる。波形１７６はイメージング周波数λimで与えられる。もう一方の定常波１７８も逆周波数λrevで与えられ、この周波数で可逆コントラスト強調材料を能動的に反転できる。波形１７６と１７８とは互いに１８０°位相がずれており、かつ画像形成領域上で同期を保つよう十分近い周波数をもちうる。フォトレジストは、周波数λrevの電磁場によってではなく、周波数λimの電磁場によって画像形成されるように選択する。
【００３５】
定常波は、図１２および図１３を参照して以下で説明するように、単色コヒーレント光源の干渉によって形成できる。図１１Ｂに示すように、両波形１７６および１７８は、λimの格子の節がλrevの格子の腹と一致するように同時に与えることができる。周波数λimおよびλrevの照射強度は互いに独立して調整できるため、レジスト１７２は用途ごとに希望量だけ露光される。図１１Ｃに示すように、露光後、波長λrevの照射で全面露光するか、または材料１７４がそれ自体が反転するか、もしくは上述した熱エネルギの付与によって反転するまで待機することにより、材料１７４全面を反転させる。逆照射の波長λrevは、イメージング照射波長λimより長くてよいが、イメージング照射波長の２倍未満（＜２λim）となりうる。
【００３６】
基板１７０は、最終格子(final grating)の希望ピッチで定められるように少量ずつステップ（移動）できる。他の実施形態では、基板をステップする代わりに、入射光の位相を変化させて入射格子の縞を移動してもよい。これらの工程ステップは、基板をリソグラフィーツールから取外す必要なく実施できる。図１１Ｄに示すように、フォトレジスト１７２はその後、再びフォトレジスト１７２の異なるエリアにてイメージングできる（任意により、π／２シフトした逆照射と同時に）。その後、必要に応じてこの工程を繰り返して、図１１Ｅに示すように、フォトレジスト１７２中に超微細現像特徴をもつフォトレジスト１７２を構成する。
【００３７】
図１２に示すように、本発明の一実施形態に従うシステムは、基板１８６上のフォトレジスト１８４上の可逆コントラスト強調材料１８２にイメージング光学系を介して投射されるイメージングレーザ源１８０を含む。イメージング光学系は、ビームスプリッタ１９０と、調整可能な遅延ユニット１９２と、ミラー１９４および１９６とを含む。システムはまた、ビームスプリッタ２０２と、調整可能な遅延ユニット２０４と、ミラー２０６および２０８とを介して材料１８２の表面上へ逆照射を投射する逆照射レーザ源２００を含みうる。レーザ１８０からの光路長は、イメージング照射の２つの部分が材料１８２に（＋／−角度αから）干渉し、材料１８２上で定常波形λimを生じるように制御される。同様に、レーザ２００からの光路長は、イメージング照射の２つの部分が材料１８２に（＋／−角度β（αより小さい）より）干渉し、材料１８２上で定常波形λrevが生じるように制御される。周期Ｐ＝λ／ｓｉｎθと定義されるので、各波形の周期は、λim／ｓｉｎα＝λrev／ｓｉｎβとして互いに等しく設定できる。
【００３８】
本発明の他の実施形態に従うリソグラフィシステムは、入射イメージング照射および任意の逆照射（波長λimおよびλrev）を受ける回折格子２２０を含む。格子と入射角は、図示するように正と負の一次回折を与えるように調整され、一次回折照射は、図１３に示すように追加格子２２２および２２４が受ける。各格子２２２および２２４は、それぞれ正と負の一次回折も行い、図１３に示すように、一方の格子からの正の一次回折は他方の格子からの負の一次回折で干渉される。場の干渉は、基板２３０上のフォトレジスト２２８上の可逆コントラスト強調材料２２６のところで発生する。一方の格子２２４は、厚さ（ｄ）をもつ基板２３２（ガラス等）を含む位相遅延ユニットを含み、これにより基板２３２を通過する照射の両波長に対して位相シフトが与えられるようにする。具体的には、材料２３２中の位相シフト（φ）は、材料２３２中で照射の波長によって分割される材料２３２を通る光学パスによって与えられる。位相シフト差φim−φrevはπに設定され、厚さｄはλim2、λrev2から決定され、材料２３２の２つの波長での反射率が上記の各式を解決する。従って、システムはアクロマティック（色収差補正）干渉リソグラフィシステムを提供する。
【００３９】
当業者であれば、上述した各実施形態に対して、本発明の精神および範囲を逸脱することなく多数の変形および変更が可能なことを理解できると考える。
【図面の簡単な説明】
【００４０】
【図１Ａ】希望の画像パターンの概略図である。
【図１Ｂ】図１Ａに示す画像パターン形成のための照射信号の概略図である。
【図１Ｃ】従来技術に従い、図１Ｂに示す照射信号を用いて図１Ａに示す希望の画像パターンを形成する概略図である。
【図２Ａ】従来技術の他のシステムに従い、コントラスト強調型リソグラフィを用いて、図１Ａに示す希望の画像パターンを形成する工程を示す概略図である。
【図２Ｂ】従来技術の他のシステムに従い、コントラスト強調型リソグラフィを用いて、図１Ａに示す希望の画像パターンを形成する工程を示す概略図である。
【図２Ｃ】従来技術の他のシステムに従い、コントラスト強調型リソグラフィを用いて、図１Ａに示す希望の画像パターンを形成する工程を示す概略図である。
【図２Ｄ】従来技術の他のシステムに従い、コントラスト強調型リソグラフィを用いて、図１Ａに示す希望の画像パターンを形成する工程を示す概略図である。
【図３Ａ】本発明の他のシステムに従い、図１Ａに示す希望の画像パターンを形成する工程を示す概略図である。
【図３Ｂ】本発明の他のシステムに従い、図１Ａに示す希望の画像パターンを形成する工程を示す概略図である。
【図３Ｃ】本発明の他のシステムに従い、図１Ａに示す希望の画像パターンを形成する工程を示す概略図である。
【図３Ｄ】本発明の他のシステムに従い、図１Ａに示す希望の画像パターンを形成する工程を示す概略図である。
【図３Ｅ】本発明の他のシステムに従い、図１Ａに示す希望の画像パターンを形成する工程を示す概略図である。
【図３Ｆ】本発明の他のシステムに従い、図１Ａに示す希望の画像パターンを形成する工程を示す概略図である。
【図４】本発明の他の実施形態に従う可逆コントラスト強調材料の概略図である。
【図５】本発明の一実施形態に従うシステムにおいて用いるエネルギ源のアレイと回折要素のアレイとの展開概略図である。
【図６】本発明の一実施形態に従うリソグラフィシステムの概略図である。
【図７】本発明の他の実施形態に従うリソグラフィシステムの概略図である。
【図８】本発明のさらに他の実施形態に従うリソグラフィシステムの概略図である。
【図９Ａ】イメージングシステムの解像度より小さなスケールのマーク形成に用いることのできる、本発明のさらに他の実施形態に従うシステムの概略図である。
【図９Ｂ】イメージングシステムの解像度より小さなスケールのマーク形成に用いることのできる、本発明のさらに他の実施形態に従うシステムの概略図である。
【図９Ｃ】イメージングシステムの解像度より小さなスケールのマーク形成に用いることのできる、本発明のさらに他の実施形態に従うシステムの概略図である。
【図９Ｄ】イメージングシステムの解像度より小さなスケールのマーク形成に用いることのできる、本発明のさらに他の実施形態に従うシステムの概略図である。
【図９Ｅ】イメージングシステムの解像度より小さなスケールのマーク形成に用いることのできる、本発明のさらに他の実施形態に従うシステムの概略図である。
【図１０】本発明のさらに他の実施形態に従うリソグラフィシステムの概略図である。
【図１１Ａ】本発明の一実施形態に従うリソグラフィ工程を表す概略図である。
【図１１Ｂ】本発明の一実施形態に従うリソグラフィ工程を表す概略図である。
【図１１Ｃ】本発明の一実施形態に従うリソグラフィ工程を表す概略図である。
【図１１Ｄ】本発明の一実施形態に従うリソグラフィ工程を表す概略図である。
【図１１Ｅ】本発明の一実施形態に従うリソグラフィ工程を表す概略図である。
【図１１Ｆ】本発明の一実施形態に従うリソグラフィ工程を表す概略図である。
【図１２】本発明のさらに他の実施形態に従うシステムの概略図である。
【図１３】本発明のさらに他の実施形態に従うシステムの概略図である。
【技術分野】
【０００１】
本願は、２００６年１月１３日出願の米国実用新案出願第１１／３３１，７５２号の優先権を主張する。この実用新案出願第１１／３３１，７５２号の全内容を本願に引用して適用する。
【０００２】
本発明は、一般にはリソグラフィに関し、より特定的にはゾーンプレートアレイ・リソグラフィに関する。
【背景技術】
【０００３】
ゾーンプレートアレイ・リソグラフィシステムでは、フレネルゾーンプレート等の偏向レンズのアレイを用いて、基板上の感光層上にしっかりと合焦点したスポットのアレイを形成できる。例えば、本願に引用して適用する米国特許第５，９００，６３７号は、フレネルゾーンプレートの多重化アレイを用いるマスクレス・リソグラフィシステムおよび方法を開示している。各偏向レンズに入射する光は、例えば空間光変調器の１ピクセルごとに制御できる。このようなシステムで使用する空間光変調器は、リフレッシュレートが高く、２００ｎｍ未満等の短波長で動作でき、かつリアルタイムでグレースケーリングまたは強度変調可能でなければならない。
【０００４】
上記の要件を満たしうる市場入手可能な空間光変調器の一つに、シリコン・ライト・マシーンズ社（Ｓｉｌｉｃｏｎ Ｌｉｇｈｔ Ｍａｃｈｉｎｅｓ、米国カリフォルニア州サニィベール）製造のグレーティングライトバルブ（ＧＬＶ）空間光変調器がある。ＧＬＶはピクセルのリニアアレイから構成され、各ピクセルは６本の金属製リボンからなり、回折格子を形成する。交互のリボンが静電駆動によって動かされ、反射面または格子のいずれかとなる。
【０００５】
だがこのようなシステムのリソグラフィ解像度は、空中画像(aerial image)のコントラストによって制限されうる。画像のコントラストは印刷されたパターンに依存する。高密度グレーティングの空中画像コントラストを、グレーティングのハーフピッチの関数として計算することにより、光学性能を定量化できる。画像コントラストＫは、以下の式で表わされ、
【数１】
式中、ＩmaxおよびＩminは希望パターンを与えるために用いる照射信号の最大および最低強度をそれぞれ示す。例えば図１に示すように、画像領域（参照番号１２で示す）と非画像領域とを交互に含む希望パターンを、照射信号１４を用いて作成できる。希望グレーティングパターン１０のピッチｐは照射信号１４のピッチｐに対応する。
【０００６】
だが照射信号１４の強度プロファイルは、光源信号１８（同じくピッチｐ）によってイメージングされるとフォトレジスト１６上で画像パターンを生じる。フォトレジスト層１６はウェハ２０によって支持され、光源１８に露光された印付けされた領域をフォトレジスト層中に含む。露光後、フォトレジスト層を現像し、印付き領域を除去すると、下層のウェハ２０の露光部分２２が残される。しかし解像度向上の努力（例えばピッチｐの縮小）は、少なくとも一部には照射信号１４の強度プロファイルのため、画像コントラストの劣化を生じうる。
【０００７】
具体的には、周期の異なるグレーティングの空中画像を、開口数（ＮＡ）＝０．７およびλ＝４００ｎｍのゾーンプレートアレイ・リソグラフィシステムを仮定してシミュレーションする。各グレーティングの断面を複数回のラインスキャンについて平均し、画像コントラストを上記の式（１）を用いて計算する。ｋ1をリソグラフィの解像度（波長およびＮＡに対して正規化）の測定単位とすると、画像コントラストはｋ1の関数として以下の式で表すことができる。
【数２】
式中、ＮＡは開口数、λは露光波長を示す。例えば、従来技術のあるシステムではｋ1＝０．３２となりうるが、これは画像コントラスト約１８％に相当する。ピッチｐが小さくなるに従い、一部には各光源１８の空間距離（ｓｐａｔｉａｌ ｅｘｔｅｎｔ）のため、画像コントラストは悪化する。
【０００８】
画像コントラスト改善の試みとして、コントラスト強調型リソグラフィ(contrast enhanced lithography)を用いることができる。具体的には、図２Ａ〜図２Ｄに示すように、ウェハ２８上のフォトレジスト層２６上面にコントラスト強調材料(contrast enhancement material)２４をスピンコートする。コントラスト強調材料２４は、例えば露光量の増大に伴い吸収が減じられる（すなわち透明化する）フォトブリーチ（光退色）可能なポリマーから構成できる。理想のコントラスト強調システムについて、透過光の強度を時間の関数としてプロットできる。コントラスト強調材料２４は、露光前は不透明で、光はほとんど材料２４を通過しない。照射ビーム３０による十分な露光後、材料は透明になり、光は参照番号３２で示すエリアを透過する。コントラスト強調材料２４を完全に退色させるのに十分高い露光量の場合のみ、フォトレジスト層に光が導入される。これによりフォトレジスト中に記録された画像のコントラストを増大させる。フォトレジストとウェハ間に抗反射コーティングを用いてもよい。
【０００９】
図２Ｂに示すように、照射は、ウェハ２８の規定領域３４のコントラスト強調材料２４が透明になるエリア（参照番号３２で示す）にのみ到達できる。次いで、図２Ｃに示すように、コントラスト強調材料２４が溶解する適当な媒体（例えば水）を用いて、コントラスト強調材料２４を除去する。次いで、フォトレジスト現像により規定領域３４を除去し、これによりフォトレジスト層２６中に開口３６が残り、ここを通ってウェハ２８の一部を図２Ｄに示すように露光できる。
【００１０】
コントラスト強調材料を用い、コントラスト強調材料の光退色率およびフォトレジストのクリアリング線量(clearing dose)を制御することで、フォトレジスト中に記録される空中画像のコントラストを強調できる。コントラスト強調材料は本質的にはコンタクトマスクとして機能し、フォトレジスト中に記録される画像のコントラストを増大させる。コントラスト強調材料は現像前にレジストから除去する。コントラスト強調材料がフォトレジストに対して適合性がなければ、コントラスト強調材料とフォトレジストとの間にバリア層が必要である。これもまた露光後にバリア層除去の追加ステップを生じる。市場入手可能な複数のコントラスト強調材料があり、いくつかのものは水溶性である。
【００１１】
理想的には、このようなコントラスト強調材料は、照射信号１４によって、各照射ビームのエッジ部で瞬間ステップを与えるオン／オフステップパターンで退色する。ただし、ビームは図１Ｂに示すような強度プロファイルをもつので、コントラスト強調材料は各照射ビームの中心からの距離に伴って様々な量だけ退色する。これにより解像度を制限する。さらに、非画像エリア近傍の反復照射が時間とともに蓄積され、最終的には材料が透明になるしきい値に達する場合がある。
【００１２】
コントラスト強調は、現像剤の希釈または薄いフォトレジスト層を用いても得ることができるが、かかるシステムは、ラインエッジラフネス（粗さ）およびパターン転写が困難等の問題がある。
【００１３】
したがって、マスクレス・リソグラフィにおいてより効率的かつ経済的に画像コントラストを向上させるイメージングシステムが必要とされている。
【発明の開示】
【課題を解決するための手段】
【００１４】
一態様に従えば、本発明は、記録媒体に投射されるイメージング電磁エネルギエリアのアレイを与えるリソグラフィシステムを提供する。記録媒体とイメージング電磁エネルギエリアのアレイとの間に可逆コントラスト強調材料を配置する。
【００１５】
他の態様に従えば、本発明は、記録媒体の表面上に、第１波長の第１電磁場の干渉パターンを与える第１干渉システムと、記録媒体−第１干渉システム間に配置した可逆コントラスト強調材料とを含むリソグラフィシステムを提供する。
【００１６】
さらに他の態様に従えば、本発明は、フォトレジスト材料上にリソグラフィ画像を形成する方法を提供する。方法は、可逆コントラスト強調材料の少なくとも第１部分と、フォトレジスト材料の関連部分とを第１波長をもつ第１電磁場で照射するステップを含む。可逆コントラスト強調材料の照射により、可逆コントラスト強調材料の第１部分を第１状態から第２状態に変化させる。方法はまた、可逆コントラスト強調材料の少なくとも第２部分を、第２波長をもつ第２電磁場で照射するステップを含み、これにより可逆コントラスト強調材の第２部分を第１状態に維持する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１７】
以下の説明は、添付図面を参照すればより深く理解できる。図面は例示のみを目的とし、必ずしもスケーリングは必要ない。
【００１８】
本発明は、本発明の一実施形態に従い、可逆なコントラスト強調材料を用いることのできる吸収度変調リソグラフィシステムを提供する。合焦点した各照射ビームのバックグラウンドによる露光量は、後にコントラスト強調材料、ひいては記録画像から完全に消去される。反転後、フォトレジストには以前の露光の記録はまったく残らない。このため、従来のコントラスト強調材料を用いた場合よりも、２つのスポットを互いにより近接して配置できる。このようなイメージングシステムは、各スポットが他のスポットから独立して印刷されるドット・マトリックス印刷システム等に特に適している。従って、露光したスポット間の最小距離は干渉限度で定められる距離よりも大幅に縮小できる。
【００１９】
図３Ａ〜図３Ｆは、本発明の一実施形体に従うリソグラフィ工程を示す。図３Ａおよび図３Ｂに示すように、ウェハ４４上のフォトレジスト材料４２上の可逆コントラスト強調材料４０に照射ビーム４６によって画像を形成し、フォトレジスト材料４２中に画像領域４８が形成される。照射ビーム４６が停止すると、可逆コントラスト強調材料４０は図３Ｃに示すように不透明に戻る。
【００２０】
その後、ウェハを支持しているステージを移動させるか、または照射を移動させる。次いで図３Ｄに示すように、ウェハに対して画像ビーム４６と異なる位置において、複合材に照射フィールド５０で画像を形成する。画像形成領域５２は、フォトレジスト材料４２中の画像形成領域４８に非常に接近できる。可逆コントラスト強調材料を除去し（図３Ｅ参照）、フォトレジスト材料４２を現像すると、図３Ｆに示すようにフォトレジスト材料４２中に希望の未露光パターン部５４が残る。
【００２１】
可逆コントラスト強調材料には、光化学制御された可逆染料を含むフォトクロミック（光互変性）有機化合物を用いることができる。この場合、回復(recovery)は、スピロピラン、スピロオキサジン(spirooxazines)、およびクロメンを用いた場合と同じく、主として熱メカニズムによって発生する。熱による回復は光互変過程によっても補助される。他の化合物（例えばフルギド類またはアリールエテン類(arylethenes)）では、回復は主に光化学的である。この場合、異なる波長での露光（下層のフォトレジストに影響しない）を用いて回復を誘導する。このような回復は、モードロックされたレーザ中で用いられる飽和可能な吸収（吸光）剤でも存在するが、コントラストはそれほど高くはない。回復は自発的であるのが好ましい。可逆コントラスト強調に理想的な材料は、透明状態と不透明状態とコントラストが高い。また光退色および回復の反応速度が非常に速い。また、平坦基板上のフォトレジスト上面に簡単に薄膜状にスピンコートできるものがよい。最後に、露光後に下層のフォトレジストに影響を与えず簡単に除去できるものがよい。この材料の他の候補には、ポリマーマトリックス中に分散させたナノ粒子、ポリマーマトリックス中に分散させた光互変性染料分子（上述したもの）、アンチモンの薄膜、またはモードロックされたレーザ中で使用される半導体飽和可能な吸収剤(semiconductor saturable absorber)、がある。例えば、図４は、光互変性染料分子５８を含む基板材料５６（ポリマーマトリックス等）を示す。
【００２２】
本発明の一実施形態に従うリソグラフィシステムは、本願に引用して適用する米国特許第５，９００，６３７号および第６，８９４，２９２号に開示されているフレネルゾーンプレート等の各種の合焦点素子のアレイとともに使用できる。図５に示すように、合焦点素子５３のアレイを基板５５上に配置し、各ゾーンプレートは単位セルを規定する。アレイは、異方性エッチングされた垂直のシリコン（Ｓｉ）ジョイスト(joist)５７上に支持され、これは単位セルの列間を分割する剛性の機械的支持となる。本発明の他の実施形態では、ジョイストは不要で、基板はシリコン製でなくてもよい。膜はビーム源に対して透過性の材料から形成される。ビーム源が４．５ｎｍのＸ線ならば、膜は薄い炭素質材料から形成できる。深いＵＶ光を用いる場合は、膜はガラス製で、ゾーンプレートは位相ゾーンプレート、例えばガラスプレートまたは膜に切り込まれた溝等から形成できる。
【００２３】
支持基板５１上には、個々に選択可能な光源５９のアレイも設けられ、各光源はそれぞれ合焦点素子５３の１つと位置合わせされる。光源は、半導体レーザ、ダイオードレーザ、発光ダイオード（ＬＥＤ）、垂直共振器面発光レーザ（ＶＣＳＥＬ）、またはＸ線光源もしくは電子ビーム光源等の他の各種光源から構成できる。これら光源は、アレイ状に微細加工でき、極めて高い変調周波数（約１ＧＨｚ）を出し、超高速パターニング速度となる。さらに他の実施形体では、各光源５９は、画像面における点拡散関数(point spread function)を減じるため、対応する合焦点素子５３に脱焦点パターン（例えばπ／２に位相シフトされたリング位相）を与えるマイクロレンズおよび／または位相シフトマスクを含んでもよい。
【００２４】
合焦点素子は、米国特許出願連続番号第１０／６２４，３１６号（２００３年７月２２日出願、その内容を本願に引用して適用し、米国仮特許出願第６０／３９７，７０５号および第６０／４０４，５１４号の優先権を主張する）に開示されている等の、各種回折および／または反射素子のうち任意のものを含むものでよく、例えば、振幅および／または位相フレネルゾーンプレート、ブレーズドフレネルゾーンプレート、ベッセルゾーンプレート、フォトンシーブ(photon sieve)（振幅フォトンシーブ、位相フォトンシーブ、または交互位相フォトンシーブ等）などであり、それら回折合焦点素子はアポダイズ(apodize)してもよい。これらは大規模アレイにも微細加工でき、例えば可能な最小焦点に達するために、光源アレイから出力される光の波面特性(wavefront characteristics)を補償するように設計してもよい。
【００２５】
図６は、本発明の一実施形態に従うリソグラフィシステム６０の一例を示す。システム６０は、レーザ源６２と、イメージング(結像)レンズ６４と、空間フィルタ６６と、コリメートレンズ６８と、空間光変調器７０と、望遠レンズ７２、７４と、複数の回折素子７８を含む回折素子アレイ７６と、可逆コントラスト強調材料８２で覆われステージ８２で支持されたフォトレジスト材料８４とを含む。可逆コントラスト強調材料８２はフォトレジスト材料８４のトップコートとして用いる。回折素子は、ゾーンプレート（フレネルゾーンプレート等）またはフォトンシーブから構成できる。
【００２６】
レーザ源６２からの照射は空間光変調器７０へ進み、光は空間光変調器７０で選択的に反射してゾーンプレートアレイ７６の特定のゾーンプレート群７８上に当射し、希望の画像形成パターンを形成する。照射されたゾーンプレート７８は、合焦した照射を、参照番号８０で示すようにフォトレジスト材料８６の希望位置に当射する。スキャンステージを移動させて、フォトレジスト材料８４全面に希望の画像パターンを与える。本例では、露光波長が可逆コントラスト強調材料を退色させる。露光照射を遮断（レーザを切る、または空間光変調器が照射ビームをゾーンプレート７８から移動させることによって）すると、可逆コントラスト強調材料は自発的に緩和する。露光用の光のオン／オフ状態のタイミングはフォトレジストを適切に露光すべく制御される。
【００２７】
他の実施形態に従えば、システム９０（図７に示す）は、図６に示す各要素と同様、レーザ源６２と、イメージングレンズ６４と、空間フィルタ６６と、コリメートレンズ６８と、空間光変調器７０と、望遠レンズ７２、７４と、複数のゾーンプレート群７８を含むゾーンプレートアレイ７６と、可逆コントラスト強調材料８２’で覆われステージ８６で支持されたフォトレジスト材料８４とを含みうる。ただし、やはり図７に示すように、システム９０の可逆コントラスト強調材料８２’の緩和は、赤外線（ＩＲ）照射による露光（熱による緩和の場合等）、またはレーザ源６２の波長（λ1）とは異なる第２波長（λ2）をもつ照射による露光（緩和が光によって開始された場合等）によって、支援できる。
【００２８】
ＩＲまたはλ2照射による露光は、光源９２、シャッタまたは音響光学変調器（ＡＯＭ: acousto-optic modulator）９４、イメージングレンズ９６、空間フィルタ９８、コリメートレンズ１００、およびビームスプリッタ／ミキサ１０２によって行うことができる。このシステム９０では、光源６２と変調器７０を使用してフォトレジスト材料８４上にスポットが形成される度に、可逆コントラスト強調材料８２’を緩和させるＩＲまたはλ2照射が可逆コントラスト強調材料８２’を照らす。ＡＯＭ９４は、露光波長と同調して、緩和用に露光を切替えることができる。緩和露光は、露光波長が切られるとオンにされる。
【００２９】
本発明のさらに他の実施形態に従えば、図８に示すように、システム１１０は可逆コントラスト強調材料の選択領域の緩和を行う。具体的には、システム１１０は、図６に示すものと同様、レーザ源６２と、イメージングレンズ６４と、空間フィルタ６６と、コリメートレンズ６８と、空間光変調器７０と、望遠レンズ７２，７４と、複数のゾーンプレート群７８を含むゾーンプレートアレイ７６と、可逆コントラスト強調材料８２’で覆われステージ８６で支持されるフォトレジスト材料８４とを含みうる。ただし、やはり図８に示すように、システム１１０の可逆コントラスト強調材料８２’の緩和は、ＩＲ照射による露光、またはレーザ源６２の波長（λ1）とは異なる第２波長（λ2）をもつ照射による露光によって、支援できる。ＩＲまたはλ2照射の露光は、光源１１２、イメージングレンズ１１４、空間フィルタ１１６、コリメートレンズ１１８、第２空間光変調器１２０、ミラー１２２、およびビームスプリッタ／コンバイナ(combiner)１２４によって行うことができる。このシステム１１０では、フォトレジスト材料８４上の関連位置のイメージング直後に、可逆コントラスト強調材料８２’緩和用のＩＲまたはλ2照射を可逆コントラスト強調材料８２’の希望位置に選択的に投射する。ＩＲまたはλ2照射の焦点合わせは、ゾーンプレートアレイ７６の同一ゾーンプレート群７８を用いて、ゾーンプレート群７８を可逆コントラスト強調材料の緩和が得られるような希望位置に焦点合わせするか、またはゾーンプレート群７８が波長λ1と、波長ＩＲまたはλ2のいずれかと、を同一焦点距離で合焦点するよう設計して行うことができる。
【００３０】
本発明のさらに他の実施形態では、本発明は、成形(shaped)ビームを用いて可逆コントラスト強調材料中の希望露光位置に空白（ヌル：ｎｕｌｌ）を形成できる。例えば、図９Ａ〜図９Ｅに示すように、フォトレジスト材料１３０は可逆コントラスト強調材料１３２でトップコートしてもよい（また希望に応じて、フォトレジスト材料とウェハ１３４との間に抗反射コーティングや、バリア層を含んでもよい）。だが本例の可逆コントラスト強調材料は、波長λexpの露光照射に対して最初は透明である。変形波長λtrの照射に露光されると、可逆コントラスト強調材料は不透明になる。
【００３１】
具体的には、図９Ｂに示すように、参照番号１３６で概略的に示す照射λtrを用いて、まず環状リングスポットを形成する。照射１３６によって可逆コントラスト強調材料１３２に不透明な領域１４０を発現させると同時に、図９Ｂに示すように透明領域１３８を残す。環状スポットの中心である透明領域１３８は、その後、図９Ｃに示すように、照射１４４（λexp）を用いてフォトレジスト材料１３０の該当位置１４２を照射する際のマスクとして用いられる。イメージング領域１４２は、従来のイメージング方法を用いた場合に可能な最小イメージング素子サイズよりも小さくでき、本発明の一実施形態に従う可逆コントラスト強調材料を用いて可能である。
【００３２】
その後、システムは、可逆コントラスト強調材料が緩和し再び透明になるまで待機するか、または緩和照射１４６（ＩＲまたは他の波長の照射λret等）を適用して可逆コントラスト強調材料を緩和させ、図９Ｄおよび図９Ｅに示すように再び透明になるようにしてもよい。波長λretはλtrと等しくてもよい。
【００３３】
図１０に示すように、図９Ａ〜図９Ｅで用いる環状リングスポットを設けるシステム１５０は、図６を参照に説明したものと同様、レーザ源６２と、イメージングレンズ６４と、空間フィルタ６６と、コリメートレンズ６８と、空間光変調器７０と、望遠レンズ７２，７４と、複数の回折素子群を含む回折素子アレイ７６と、可逆コントラスト強調材料８２”で覆われ、ステージ８６で支持されるフォトレジスト材料８４とを含みうる。システムはまた、光源１５２（λtr照射の光源）と、シャッタまたは音響光学変調器（ＡＯＭ）１５４と、イメージングレンズ１５６と、空間フィルタ１５８と、コリメートレンズ１６０と、位相プレート１６２と、ビームスプリッタ／コンバイナ１６４とを含む。位相プレート１６２は、λtr照射中に位相シフト（たとえばスパイラル位相シフト）を行い、図９Ｂおよび図９Ｃに示すような環状リングスポット照射１３６を形成する。
【００３４】
他の実施形態では、システムは、図１１Ａに示すように基板１７０上のフォトレジスト１７２上に堆積させた可逆コントラスト強調材料１７４を、図１１Ｂに示すような定常波照射波形１７６で照射する吸収度変調リソグラフィシステムを構成できる。波形１７６はイメージング周波数λimで与えられる。もう一方の定常波１７８も逆周波数λrevで与えられ、この周波数で可逆コントラスト強調材料を能動的に反転できる。波形１７６と１７８とは互いに１８０°位相がずれており、かつ画像形成領域上で同期を保つよう十分近い周波数をもちうる。フォトレジストは、周波数λrevの電磁場によってではなく、周波数λimの電磁場によって画像形成されるように選択する。
【００３５】
定常波は、図１２および図１３を参照して以下で説明するように、単色コヒーレント光源の干渉によって形成できる。図１１Ｂに示すように、両波形１７６および１７８は、λimの格子の節がλrevの格子の腹と一致するように同時に与えることができる。周波数λimおよびλrevの照射強度は互いに独立して調整できるため、レジスト１７２は用途ごとに希望量だけ露光される。図１１Ｃに示すように、露光後、波長λrevの照射で全面露光するか、または材料１７４がそれ自体が反転するか、もしくは上述した熱エネルギの付与によって反転するまで待機することにより、材料１７４全面を反転させる。逆照射の波長λrevは、イメージング照射波長λimより長くてよいが、イメージング照射波長の２倍未満（＜２λim）となりうる。
【００３６】
基板１７０は、最終格子(final grating)の希望ピッチで定められるように少量ずつステップ（移動）できる。他の実施形態では、基板をステップする代わりに、入射光の位相を変化させて入射格子の縞を移動してもよい。これらの工程ステップは、基板をリソグラフィーツールから取外す必要なく実施できる。図１１Ｄに示すように、フォトレジスト１７２はその後、再びフォトレジスト１７２の異なるエリアにてイメージングできる（任意により、π／２シフトした逆照射と同時に）。その後、必要に応じてこの工程を繰り返して、図１１Ｅに示すように、フォトレジスト１７２中に超微細現像特徴をもつフォトレジスト１７２を構成する。
【００３７】
図１２に示すように、本発明の一実施形態に従うシステムは、基板１８６上のフォトレジスト１８４上の可逆コントラスト強調材料１８２にイメージング光学系を介して投射されるイメージングレーザ源１８０を含む。イメージング光学系は、ビームスプリッタ１９０と、調整可能な遅延ユニット１９２と、ミラー１９４および１９６とを含む。システムはまた、ビームスプリッタ２０２と、調整可能な遅延ユニット２０４と、ミラー２０６および２０８とを介して材料１８２の表面上へ逆照射を投射する逆照射レーザ源２００を含みうる。レーザ１８０からの光路長は、イメージング照射の２つの部分が材料１８２に（＋／−角度αから）干渉し、材料１８２上で定常波形λimを生じるように制御される。同様に、レーザ２００からの光路長は、イメージング照射の２つの部分が材料１８２に（＋／−角度β（αより小さい）より）干渉し、材料１８２上で定常波形λrevが生じるように制御される。周期Ｐ＝λ／ｓｉｎθと定義されるので、各波形の周期は、λim／ｓｉｎα＝λrev／ｓｉｎβとして互いに等しく設定できる。
【００３８】
本発明の他の実施形態に従うリソグラフィシステムは、入射イメージング照射および任意の逆照射（波長λimおよびλrev）を受ける回折格子２２０を含む。格子と入射角は、図示するように正と負の一次回折を与えるように調整され、一次回折照射は、図１３に示すように追加格子２２２および２２４が受ける。各格子２２２および２２４は、それぞれ正と負の一次回折も行い、図１３に示すように、一方の格子からの正の一次回折は他方の格子からの負の一次回折で干渉される。場の干渉は、基板２３０上のフォトレジスト２２８上の可逆コントラスト強調材料２２６のところで発生する。一方の格子２２４は、厚さ（ｄ）をもつ基板２３２（ガラス等）を含む位相遅延ユニットを含み、これにより基板２３２を通過する照射の両波長に対して位相シフトが与えられるようにする。具体的には、材料２３２中の位相シフト（φ）は、材料２３２中で照射の波長によって分割される材料２３２を通る光学パスによって与えられる。位相シフト差φim−φrevはπに設定され、厚さｄはλim2、λrev2から決定され、材料２３２の２つの波長での反射率が上記の各式を解決する。従って、システムはアクロマティック（色収差補正）干渉リソグラフィシステムを提供する。
【００３９】
当業者であれば、上述した各実施形態に対して、本発明の精神および範囲を逸脱することなく多数の変形および変更が可能なことを理解できると考える。
【図面の簡単な説明】
【００４０】
【図１Ａ】希望の画像パターンの概略図である。
【図１Ｂ】図１Ａに示す画像パターン形成のための照射信号の概略図である。
【図１Ｃ】従来技術に従い、図１Ｂに示す照射信号を用いて図１Ａに示す希望の画像パターンを形成する概略図である。
【図２Ａ】従来技術の他のシステムに従い、コントラスト強調型リソグラフィを用いて、図１Ａに示す希望の画像パターンを形成する工程を示す概略図である。
【図２Ｂ】従来技術の他のシステムに従い、コントラスト強調型リソグラフィを用いて、図１Ａに示す希望の画像パターンを形成する工程を示す概略図である。
【図２Ｃ】従来技術の他のシステムに従い、コントラスト強調型リソグラフィを用いて、図１Ａに示す希望の画像パターンを形成する工程を示す概略図である。
【図２Ｄ】従来技術の他のシステムに従い、コントラスト強調型リソグラフィを用いて、図１Ａに示す希望の画像パターンを形成する工程を示す概略図である。
【図３Ａ】本発明の他のシステムに従い、図１Ａに示す希望の画像パターンを形成する工程を示す概略図である。
【図３Ｂ】本発明の他のシステムに従い、図１Ａに示す希望の画像パターンを形成する工程を示す概略図である。
【図３Ｃ】本発明の他のシステムに従い、図１Ａに示す希望の画像パターンを形成する工程を示す概略図である。
【図３Ｄ】本発明の他のシステムに従い、図１Ａに示す希望の画像パターンを形成する工程を示す概略図である。
【図３Ｅ】本発明の他のシステムに従い、図１Ａに示す希望の画像パターンを形成する工程を示す概略図である。
【図３Ｆ】本発明の他のシステムに従い、図１Ａに示す希望の画像パターンを形成する工程を示す概略図である。
【図４】本発明の他の実施形態に従う可逆コントラスト強調材料の概略図である。
【図５】本発明の一実施形態に従うシステムにおいて用いるエネルギ源のアレイと回折要素のアレイとの展開概略図である。
【図６】本発明の一実施形態に従うリソグラフィシステムの概略図である。
【図７】本発明の他の実施形態に従うリソグラフィシステムの概略図である。
【図８】本発明のさらに他の実施形態に従うリソグラフィシステムの概略図である。
【図９Ａ】イメージングシステムの解像度より小さなスケールのマーク形成に用いることのできる、本発明のさらに他の実施形態に従うシステムの概略図である。
【図９Ｂ】イメージングシステムの解像度より小さなスケールのマーク形成に用いることのできる、本発明のさらに他の実施形態に従うシステムの概略図である。
【図９Ｃ】イメージングシステムの解像度より小さなスケールのマーク形成に用いることのできる、本発明のさらに他の実施形態に従うシステムの概略図である。
【図９Ｄ】イメージングシステムの解像度より小さなスケールのマーク形成に用いることのできる、本発明のさらに他の実施形態に従うシステムの概略図である。
【図９Ｅ】イメージングシステムの解像度より小さなスケールのマーク形成に用いることのできる、本発明のさらに他の実施形態に従うシステムの概略図である。
【図１０】本発明のさらに他の実施形態に従うリソグラフィシステムの概略図である。
【図１１Ａ】本発明の一実施形態に従うリソグラフィ工程を表す概略図である。
【図１１Ｂ】本発明の一実施形態に従うリソグラフィ工程を表す概略図である。
【図１１Ｃ】本発明の一実施形態に従うリソグラフィ工程を表す概略図である。
【図１１Ｄ】本発明の一実施形態に従うリソグラフィ工程を表す概略図である。
【図１１Ｅ】本発明の一実施形態に従うリソグラフィ工程を表す概略図である。
【図１１Ｆ】本発明の一実施形態に従うリソグラフィ工程を表す概略図である。
【図１２】本発明のさらに他の実施形態に従うシステムの概略図である。
【図１３】本発明のさらに他の実施形態に従うシステムの概略図である。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
記録媒体に投射されるイメージング電磁エネルギエリアのアレイと、前記記録媒体と前記イメージング電磁エネルギエリアのアレイとの間に配置した可逆コントラスト強調材料とを備えるリソグラフィシステム。
【請求項２】
請求項１に記載のリソグラフィシステムにおいて、前記可逆コントラスト強調材料は光互変性有機化合物を含むシステム。
【請求項３】
請求項１に記載のリソグラフィシステムにおいて、前記可逆コントラスト強調材料は、ポリマーマトリックス中の光互変性染料分子、薄膜アンチモン、半導体飽和可能な吸収剤、およびカーボンナノチューブのうち任意のものを含むシステム。
【請求項４】
請求項１に記載のリソグラフィシステムにおいて、前記イメージング電磁エネルギエリアのアレイは第１定在波形によって与えられるシステム。
【請求項５】
請求項４に記載のリソグラフィシステムにおいて、前記第１定在波形は２つの電磁場の干渉によって形成されるシステム。
【請求項６】
請求項５に記載のリソグラフィシステムにおいて、前記システムはさらに、第２定在波形として逆電磁エネルギエリアのアレイを与えるシステム。
【請求項７】
請求項６に記載のリソグラフィシステムにおいて、前記第２定在波形は２つの電磁場の干渉によって形成されるシステム。
【請求項８】
請求項６に記載のリソグラフィシステムにおいて、前記第１定在波形と前記第２定在波形とは、同一周期をもつが互いに１８０°位相がずれているシステム。
【請求項９】
請求項５に記載のリソグラフィシステムにおいて、前記第１定在波形は、本来は回折格子によって互いに分離していたイメージング用の２つの場の干渉によって与えられるシステム。
【請求項１０】
請求項６に記載のリソグラフィシステムにおいて、前記第２定在波形は、回折格子によって互いに分離していたイメージング用の２つの逆の場の干渉によって与えられるシステム。
【請求項１１】
記録媒体の表面上に第１波長をもつ第１電磁場の干渉パターンを与える第１干渉手段と、前記記録媒体と前記第１干渉手段との間に配置される可逆コントラスト強調材料とを含むリソグラフィシステム。
【請求項１２】
請求項１１に記載のリソグラフィシステムにおいて、前記可逆コントラスト強調材料は光互変性有機化合物を含むシステム。
【請求項１３】
請求項１１に記載のリソグラフィシステムにおいて、前記システムはさらに、前記記録媒体の表面上に第２波長をもつ第２電磁場の干渉パターンを与える第２干渉手段を含み、前記第２波長をもつ前記第２電磁場は前記可逆コントラスト強調材料の状態を反転させるのに適しているシステム。
【請求項１４】
請求項１３に記載のリソグラフィシステムにおいて、前記第１干渉手段は複数の回折格子を含むシステム。
【請求項１５】
請求項１４に記載のリソグラフィシステムにおいて、前記第２干渉手段は前記第１干渉手段の複数の回折格子を含むシステム。
【請求項１６】
請求項１３に記載のリソグラフィシステムにおいて、前記第１波長をもつ前記第１電磁場は周期Ｐの定在波形として与えられ、前記第２波長をもつ前記第２電磁場も同一周期Ｐの定在波形として与えられるシステム。
【請求項１７】
請求項１３に記載のリソグラフィシステムにおいて、前記第１波長の前記第１電磁場は第１位相をもち、前記第２波長の前記第２電磁場は第２位相をもち、前記第２位相は前記第１位相からπ／２だけ位相シフトされているシステム。
【請求項１８】
フォトレジスト材料上にリソグラフィ画像を形成する方法であって、
可逆コントラスト強調材料の少なくとも第１の部分と、関連したフォトレジスト材料の部分とを第１波長をもつ第１電磁エネルギ場で照射し、前記可逆コントラスト強調材料を照射することにより、前記可逆コントラスト強調材料の前記第１の部分を第１状態から第２状態に変化させるステップと、
前記可逆コントラスト強調材料の少なくとも第２の部分を、第２波長をもつ第２電磁エネルギ場で照射し、これにより前記可逆コントラスト強調材料の前記第２部分を前記第１状態のままにするステップと、
を含む方法。
【請求項１９】
請求項１８に記載の方法において、前記第１電磁場を照射するステップは、前記第１電磁場の２つの部分を用いて第１干渉パターンを与えるステップを含む方法。
【請求項２０】
請求項１９に記載の方法において、前記第２電磁場を照射するステップは、前記第２電磁場の２つの部分を用いて第２干渉パターンを与えるステップを含む方法。
【請求項２１】
請求項２０に記載の方法において、前記第１および第２干渉パターンは回折格子を用いて与えられる方法。
【請求項１】
記録媒体に投射されるイメージング電磁エネルギエリアのアレイと、前記記録媒体と前記イメージング電磁エネルギエリアのアレイとの間に配置した可逆コントラスト強調材料とを備えるリソグラフィシステム。
【請求項２】
請求項１に記載のリソグラフィシステムにおいて、前記可逆コントラスト強調材料は光互変性有機化合物を含むシステム。
【請求項３】
請求項１に記載のリソグラフィシステムにおいて、前記可逆コントラスト強調材料は、ポリマーマトリックス中の光互変性染料分子、薄膜アンチモン、半導体飽和可能な吸収剤、およびカーボンナノチューブのうち任意のものを含むシステム。
【請求項４】
請求項１に記載のリソグラフィシステムにおいて、前記イメージング電磁エネルギエリアのアレイは第１定在波形によって与えられるシステム。
【請求項５】
請求項４に記載のリソグラフィシステムにおいて、前記第１定在波形は２つの電磁場の干渉によって形成されるシステム。
【請求項６】
請求項５に記載のリソグラフィシステムにおいて、前記システムはさらに、第２定在波形として逆電磁エネルギエリアのアレイを与えるシステム。
【請求項７】
請求項６に記載のリソグラフィシステムにおいて、前記第２定在波形は２つの電磁場の干渉によって形成されるシステム。
【請求項８】
請求項６に記載のリソグラフィシステムにおいて、前記第１定在波形と前記第２定在波形とは、同一周期をもつが互いに１８０°位相がずれているシステム。
【請求項９】
請求項５に記載のリソグラフィシステムにおいて、前記第１定在波形は、本来は回折格子によって互いに分離していたイメージング用の２つの場の干渉によって与えられるシステム。
【請求項１０】
請求項６に記載のリソグラフィシステムにおいて、前記第２定在波形は、回折格子によって互いに分離していたイメージング用の２つの逆の場の干渉によって与えられるシステム。
【請求項１１】
記録媒体の表面上に第１波長をもつ第１電磁場の干渉パターンを与える第１干渉手段と、前記記録媒体と前記第１干渉手段との間に配置される可逆コントラスト強調材料とを含むリソグラフィシステム。
【請求項１２】
請求項１１に記載のリソグラフィシステムにおいて、前記可逆コントラスト強調材料は光互変性有機化合物を含むシステム。
【請求項１３】
請求項１１に記載のリソグラフィシステムにおいて、前記システムはさらに、前記記録媒体の表面上に第２波長をもつ第２電磁場の干渉パターンを与える第２干渉手段を含み、前記第２波長をもつ前記第２電磁場は前記可逆コントラスト強調材料の状態を反転させるのに適しているシステム。
【請求項１４】
請求項１３に記載のリソグラフィシステムにおいて、前記第１干渉手段は複数の回折格子を含むシステム。
【請求項１５】
請求項１４に記載のリソグラフィシステムにおいて、前記第２干渉手段は前記第１干渉手段の複数の回折格子を含むシステム。
【請求項１６】
請求項１３に記載のリソグラフィシステムにおいて、前記第１波長をもつ前記第１電磁場は周期Ｐの定在波形として与えられ、前記第２波長をもつ前記第２電磁場も同一周期Ｐの定在波形として与えられるシステム。
【請求項１７】
請求項１３に記載のリソグラフィシステムにおいて、前記第１波長の前記第１電磁場は第１位相をもち、前記第２波長の前記第２電磁場は第２位相をもち、前記第２位相は前記第１位相からπ／２だけ位相シフトされているシステム。
【請求項１８】
フォトレジスト材料上にリソグラフィ画像を形成する方法であって、
可逆コントラスト強調材料の少なくとも第１の部分と、関連したフォトレジスト材料の部分とを第１波長をもつ第１電磁エネルギ場で照射し、前記可逆コントラスト強調材料を照射することにより、前記可逆コントラスト強調材料の前記第１の部分を第１状態から第２状態に変化させるステップと、
前記可逆コントラスト強調材料の少なくとも第２の部分を、第２波長をもつ第２電磁エネルギ場で照射し、これにより前記可逆コントラスト強調材料の前記第２部分を前記第１状態のままにするステップと、
を含む方法。
【請求項１９】
請求項１８に記載の方法において、前記第１電磁場を照射するステップは、前記第１電磁場の２つの部分を用いて第１干渉パターンを与えるステップを含む方法。
【請求項２０】
請求項１９に記載の方法において、前記第２電磁場を照射するステップは、前記第２電磁場の２つの部分を用いて第２干渉パターンを与えるステップを含む方法。
【請求項２１】
請求項２０に記載の方法において、前記第１および第２干渉パターンは回折格子を用いて与えられる方法。
【図１Ａ】
【図１Ｂ】
【図１Ｃ】
【図２Ａ】
【図２Ｂ】
【図２Ｃ】
【図２Ｄ】
【図３Ａ】
【図３Ｂ】
【図３Ｃ】
【図３Ｄ】
【図３Ｅ】
【図３Ｆ】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９Ａ】
【図９Ｂ】
【図９Ｃ】
【図９Ｄ】
【図９Ｅ】
【図１０】
【図１１Ａ】
【図１１Ｂ】
【図１１Ｃ】
【図１１Ｄ】
【図１１Ｅ】
【図１１Ｆ】
【図１２】
【図１３】
【図１Ｂ】
【図１Ｃ】
【図２Ａ】
【図２Ｂ】
【図２Ｃ】
【図２Ｄ】
【図３Ａ】
【図３Ｂ】
【図３Ｃ】
【図３Ｄ】
【図３Ｅ】
【図３Ｆ】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９Ａ】
【図９Ｂ】
【図９Ｃ】
【図９Ｄ】
【図９Ｅ】
【図１０】
【図１１Ａ】
【図１１Ｂ】
【図１１Ｃ】
【図１１Ｄ】
【図１１Ｅ】
【図１１Ｆ】
【図１２】
【図１３】
【公表番号】特表２００９−５２４２１６（Ｐ２００９−５２４２１６Ａ）
【公表日】平成２１年６月２５日（２００９．６．２５）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００８−５５０３５９（Ｐ２００８−５５０３５９）
【出願日】平成１９年１月５日（２００７．１．５）
【国際出願番号】ＰＣＴ／ＵＳ２００７／０００４５７
【国際公開番号】ＷＯ２００７／０８４２７９
【国際公開日】平成１９年７月２６日（２００７．７．２６）
【出願人】（５９６０６０６９７）マサチューセッツ・インスティテュート・オブ・テクノロジー (233)
【Ｆターム（参考）】
【公表日】平成２１年６月２５日（２００９．６．２５）
【国際特許分類】
【出願日】平成１９年１月５日（２００７．１．５）
【国際出願番号】ＰＣＴ／ＵＳ２００７／０００４５７
【国際公開番号】ＷＯ２００７／０８４２７９
【国際公開日】平成１９年７月２６日（２００７．７．２６）
【出願人】（５９６０６０６９７）マサチューセッツ・インスティテュート・オブ・テクノロジー (233)
【Ｆターム（参考）】
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