雑誌名 静岡大学大学院電子科学研究科研究報告

ULSIパターン形成のための縮小投影露光法の高解像 度化に関する研究

著者 岡本 好彦

雑誌名 静岡大学大学院電子科学研究科研究報告

巻 28

ページ 92‑94

発行年 2007‑03‑22

出版者 静岡大学大学院電子科学研究科

URL http://hdl.handle.net/10297/1184

氏名 。

籍 )   岡    本    ^好    彦 (静 岡県 ⁾ 学位 の種 類    ^{博 l 士}   (工   学 )

学位 記番 号    工博 甲第   276   号 学位授与の日付    ^{平成 18年 3月 24日}

学位授与の要件    学位規程第 5条 第 1項 該当 研究科 ・ 専攻の名称    電子科学研究科   電子材料科学

学位論文題目   ULSIパ ターン形成のための縮小投影露光法の高解像度化 に関する研究

論 文 審 査 委 員    (委 員長

教 授 篠 原 茂 信   教 授 田 部 道 晴 教 授 大 坪 順 次   教 授 中 島 伸 治 教 授   荻 田 正 巳

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論 文 内 容 の 要 旨

半導体技術は、現代社会の様々なシステムを支える基盤技術として著しい発展を遂げた。半導体 集積回路を用いたシステムは、いわば機械の制御を半導体デバイス中の電子の動きに置き換えて制 御を行うもので、汎用性が極めて高く、その適用範囲が拡大の一途にある。半導体集積回路

は大量複製できることが前提であ り、その高性能化 と低価格化が求められている。そのための研究 開発が国内外の半導体メーカ、研究機関において進められている。

光 リソグラフイー技術は、回路パターンを半導体ウエハに形成する半導体技術であ り、半導体集 積回路の高性能化 と低価格化を達成するための最 も重要な技術であ り続けて来た。拡大 したマスク の回路パターンを縮小投影露光する技術 とその関連技術が次々と開発され、微細な回路パターンの 形成手段を提供 して来たからである。   ^´

しかしながら、半導体集積回路パターンの微細化が急速に進み、既に、先端製品の最小線幅は ^9伽 血 に至 り、このようなパターンを露光する ArFエ キシマレーザ露光装置の波長 (193祠 の半分以下であ る。次世代の露光装置候補である、より波長の短い鯰エキシマレーザ露光装置

長 :157nm)で は、

現段階では技術的に困難な課題を抱えてお り、要求される回路線幅との差がむしろ拡大 しつつある。

光 リソグラフイー技術は、回路パターンの物理的な解像度限界に突 き当た りつつあ り、半導体技術 に係わる今 日的最重要課題 として、その対応策が求められている。   ￨

本研究は、

^LSIパ ターン形成のための縮小投影露光法の高解像度化に関するものである。最初に、

LrLSIパ ターン形成技術 として、既に実用化され、今後 も重要と判断した技術手法、すなわち、位相

シフ ト法、光近接効果補正法などについて、その手法が発想 された時点にさかのぼって、実用化する 上での課題 を詳細検討 した。 この検討 を基 に、位相 シフ ト法、及びカバーガラスを利用 したレーザ

ビームプロファイルを制御する手法 を提案 し、 この事 を光学実験 により実証 した。

更 に、 製造 コス ト、 製造期間を半減 させることを目的 として、 遮光パ ターン基板 と位相パ ターン基板 とを重ね合せた 2層 構造の位相シフ トマスクを提案 し、 検討 した。 縮小投影 レンズ設計 をもとにした光 学 シユミレーシ ョンと光学計測実験 により、 転写パ ターンの高解像化 を検討 し、良い結果 を得た。

光の逆進の原理を基 に、 研究テーマを発展 さ

、 縮小投影 レンズの結像面側 に透明基板 を挿入する手 法、 即ちカバーガラスを用いた縮小投影露光法 を新たに提案 し、 投影 レンズ設計 を基 にした光学シユミ

レーシ ョンと光学計測実験 により、 縮小投影露光 による転写パ ターンの高解像度の実現 を確認 した。

本論文 は、 8章 か らなる。

第 1章 では、情報化社会 における半導体技術の役割 とリソグラフイ技術の位置付 けとなる研究経 緯 を示 し、本研究の背景 と目的を述べ る。

第 2章 では、光縮小投影露光の解像度限界 を伸 ばす重要な技術 である位相 シフ ト法 に関 して、先 ず相補型 に関 して述べる。位相シフ ト法は、逆位相光利用の仕方により、相補型、エ ツジ強調型、位 相エ ッジ型に分類 される。相補型は、隣接 した回路パ ターンの一方の位相 を反転 させ、干渉により透 過光 を強調 させ る方法である。 この方法 を実用化する際の本質的課題 となった、位相 シフ トマスク

データ作成、位相シフトマスク構造、レジストプロセスに関する検討結果及び今後の課題について論

じている。       '

第 3章 では、位相 シフ ト法のエ ッジ強調型 と位相エ ッジ型に関 して述べている。エ ッジ強調型は、

回路パ ターンの周囲に透過光の位相を反転 させるシフタを配置 し、透過光の干渉の影を利用 して転写 パ ターンの解像度を向上させる方法である。位相エッジ型は透過光の干渉の影を転写することで微細 なラインパターン形成が可能な方法である。この露光法の実用化 に関する検討結果及び今後の課題 を 論 じている。

第 4章 では、光縮小投影露光 におけるパ ターン歪 を補正する方法 について述べている。 この方法 の実用化 に関する検討結果及び今後の課題 を論 じている。

第 5章 では、位相シフ ト法 とカバーガラスを用

たレーザビームのプロフアイル制御法を提案 し、

光学実験 により実証 している。

第 6章 では、前章 までの検討 により、位相 シフ トマスクの製造 コス ト、製造期 間を半減 させ るこ とを目的とし、 2層 型位相シフ トマスクを提案 している。投影露光シユミレーシ ョンと試作 したマス クの光学実験 により、提案が有効であることを実証 している。

第 7章 では、投影 レンズ と結像面 にカバーガラスを挿入 した新 しい露光法 を提案 し、縮小投影 レ ンズ設計 を基 にした光学シユミレーシ ョンと投影光学系 を介 したビームプロファイル計測実験 によ り、更なる微細パ ターンを形成する手法 として非常 に有効であることを実証 している。

第 8章 は、微細化 した lrLSIパ ターンを半導体 ウエハ上 に形成するための縮小投影露光法の高解像 度化 に関 して、総括 したものである。

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論 文 審 査 結 果 の 要 旨

半導体技術は、現代社会の様々なシステムを支える基盤技術 として著 しい発展 を遂げてお り、半導 体集積回路 (ULSI)を 用いたシステムは汎用性が極めて高い。半導体集積回路 は大量生産で きること が前提であ り、その高性能化 と低価格化が求められている。半導体集積回路パ ターンは、微細化が急 速 に進み、既 に、先端製品の最小線幅は9011mに 至 り、このようなパ ターンを露光するArFエ キシマ レーザ露光装置の波長

半分以下である。回路パ ターンの形成技術 は、物理的な解像度限界 に近づ きつつある。

本論文では、現在直面 しているuttIの 回路パ ターンの解像度不足 を解消で きる縮小投影露光法 を 提案 し、その実現性 について、実験 により実証する事 を目的 としている。

最初 に、マスクの透過光に位相差を設けることやマスクパ ターンを逆 に歪 ませることにより、転写 パ ターンの解像度を上げる従来からの不可欠な技術 について、実用化上での問題点を詳細 に検討 して いる。その検討結果、レーザビームのプロフアイルを細 く絞る際には、位相シフ ト法、及びカバーガ ラスを利用する方法が有効である事 を提案 し、光学実験 によりそれ らの提案の効果 を実証 した。

次 に、上記の検討結果に基づいて、製造 コス ト、製造期間を半減 させることを目的として、遮光パ ターン基板 と位相パ ターン基板 とを重ね合せた 2層 構造の位相 シフ トマスクを提案 した。露光実験 により、従来のマスク露光法 よりも高解像のパ ターン転写ができることを確認 した。また、縮小投影 レンズ設計をもとにした光学シミユ レーションと光学計測実験により、従来の位相シフ トマスクより 良好 な転写パ ターンとなる光強度分布特性が得 られることも確認 した。

最後 に、光の逆進の原理を基 に、研究テーマを発展 させ、縮小投影 レンズ と結像面 との間に透明基 板 を挿入 して露光する方法、即ちカバーガラスを用いた新 しい縮小投影露光法 を提案 した。従来か ら の投影 レンズシステムでは、実効的に投影 レンズの開口数を大 きくすることは困難であるが、カバー ガラスの挿入は投影パ ターンの解像度を上げる場合には有効であることを、投影 レンズ設計 を基 にし た光学シミユ レーションによって、確認 した。また、光学計測実験 により、縮小投影露光による転写 パ ターンを作るビームのプロフアイルは、カバーガラスを用いることでよリシャープになること、即 ち縮小投影露光の更なる高解像度化がなされていることを確認 した。

以上、本論文においては、 2層 構造の位相 シフ トマスクを用いる露光法 とカバーガラスを用いる縮 小投影露光法を提案 し、その有効性を実証 した。これらの成果は、半導体集積回路の回路パ ターンの 微細化 をより発展 させるので、工学的意義は大 きい。よって、本論文は博士

学 )の 学位 を授与する

に値するものであると認める。

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