JP2002075851A - 超解析ニアフィールド構造を使用したフォトリソグラフィ方法 - Google Patents
超解析ニアフィールド構造を使用したフォトリソグラフィ方法Info
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- G03F—PHOTOMECHANICAL PRODUCTION OF TEXTURED OR PATTERNED SURFACES, e.g. FOR PRINTING, FOR PROCESSING OF SEMICONDUCTOR DEVICES; MATERIALS THEREFOR; ORIGINALS THEREFOR; APPARATUS SPECIALLY ADAPTED THEREFOR
- G03F7/00—Photomechanical, e.g. photolithographic, production of textured or patterned surfaces, e.g. printing surfaces; Materials therefor, e.g. comprising photoresists; Apparatus specially adapted therefor
- G03F7/70—Microphotolithographic exposure; Apparatus therefor
- G03F7/70216—Mask projection systems
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- G—PHYSICS
- G03—PHOTOGRAPHY; CINEMATOGRAPHY; ANALOGOUS TECHNIQUES USING WAVES OTHER THAN OPTICAL WAVES; ELECTROGRAPHY; HOLOGRAPHY
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- G03F7/00—Photomechanical, e.g. photolithographic, production of textured or patterned surfaces, e.g. printing surfaces; Materials therefor, e.g. comprising photoresists; Apparatus specially adapted therefor
- G03F7/004—Photosensitive materials
- G03F7/09—Photosensitive materials characterised by structural details, e.g. supports, auxiliary layers
- G03F7/094—Multilayer resist systems, e.g. planarising layers
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- Y10—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC
- Y10S—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
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- General Physics & Mathematics (AREA)
- Exposure And Positioning Against Photoresist Photosensitive Materials (AREA)
- Exposure Of Semiconductors, Excluding Electron Or Ion Beam Exposure (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【課題】 超解析ニアフィールド構造を使用して、小さ
い線幅のフォトレジストパターンを形成するフォトリソ
グラフィ方法を提供する。 【解決手段】 基板５２およびフォトレジスト膜５４を
有する半導体チップ４０に対して露光を行うものであっ
て、第１誘電膜５６と第２誘電膜６０と第１誘電膜およ
び第２誘電膜に挟まれた能動膜５８とを備える超解析ニ
アフィールド構造６２をフォトレジスト膜５４上に形成
するステップと、ビーム６４が超解析ニアフィールド構
造６２を透過してフォトレジスト膜５４を露光するステ
ップとを具備し、ビームが超解析ニアフィールド構造を
透過する時、超解析ニアフィールド構造がビームの光強
度を増強し、かつビームの口径を縮小する。
い線幅のフォトレジストパターンを形成するフォトリソ
グラフィ方法を提供する。 【解決手段】 基板５２およびフォトレジスト膜５４を
有する半導体チップ４０に対して露光を行うものであっ
て、第１誘電膜５６と第２誘電膜６０と第１誘電膜およ
び第２誘電膜に挟まれた能動膜５８とを備える超解析ニ
アフィールド構造６２をフォトレジスト膜５４上に形成
するステップと、ビーム６４が超解析ニアフィールド構
造６２を透過してフォトレジスト膜５４を露光するステ
ップとを具備し、ビームが超解析ニアフィールド構造を
透過する時、超解析ニアフィールド構造がビームの光強
度を増強し、かつビームの口径を縮小する。
Description
【０００１】
【発明が属する技術分野】本発明は、超解析ニアフィー
ルド構造を使用したフォトリソグラフィ方法に関し、特
に、超解析ニアフィールド構造を使用して小さい線幅の
フォトレジストパターンを形成するフォトリソグラフィ
方法に関する。
ルド構造を使用したフォトリソグラフィ方法に関し、特
に、超解析ニアフィールド構造を使用して小さい線幅の
フォトレジストパターンを形成するフォトリソグラフィ
方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】フォトリソグラフィ（photolithograph
y）工程は、半導体製造プロセスで最も重要なステップ
であって、それにより集積回路（integrated circuit
s）のレイアウト（layout）パターンをスムーズに半導
体チップ上に転写することができるものである。ウエハ
メーカは、半導体チップ上に設計済みの集積回路を形成
するために、一般的に言って、先ずフォトマスクを作製
するとともに、フォトマスク上に設計済みのパターンを
形成してから、フォトリソグラフィによりフォトマスク
上のパターンを一定の比率で半導体チップ表面のフォト
レジスト膜上に転写（transfer）しなければならない。
y）工程は、半導体製造プロセスで最も重要なステップ
であって、それにより集積回路（integrated circuit
s）のレイアウト（layout）パターンをスムーズに半導
体チップ上に転写することができるものである。ウエハ
メーカは、半導体チップ上に設計済みの集積回路を形成
するために、一般的に言って、先ずフォトマスクを作製
するとともに、フォトマスク上に設計済みのパターンを
形成してから、フォトリソグラフィによりフォトマスク
上のパターンを一定の比率で半導体チップ表面のフォト
レジスト膜上に転写（transfer）しなければならない。
【０００３】図１ないし図４に従来技術にかかるフォト
リソグラフィ工程を示すと、このフォトリソグラフィ工
程は、半導体チップ１０上に金属導線のサイズならびに
位置をパターニングするものである。図１において、半
導体チップ１０は、基板２２と、この基板２２表面に設
けたフォトレジスト膜２４とを備える。基板２２は、シ
リコン基板１２と、このシリコン基板１２中に設けられ
る複数個のドーピング領域１４と、シリコン酸化物によ
り構成されシリコン基板１２上に設けられる絶縁膜１６
と、タングステン（tungsten＝W）により構成されドー
ピング領域１４上方の絶縁膜１６中に設けられる複数個
のコンタクトプラグ（contact plug）１８と、各コンタ
クトプラグ１８を電気接続するために絶縁膜１６の表面
に設けられるとともに各コンタクトプラグ１８を被覆す
る金属膜２０とからなっている。
リソグラフィ工程を示すと、このフォトリソグラフィ工
程は、半導体チップ１０上に金属導線のサイズならびに
位置をパターニングするものである。図１において、半
導体チップ１０は、基板２２と、この基板２２表面に設
けたフォトレジスト膜２４とを備える。基板２２は、シ
リコン基板１２と、このシリコン基板１２中に設けられ
る複数個のドーピング領域１４と、シリコン酸化物によ
り構成されシリコン基板１２上に設けられる絶縁膜１６
と、タングステン（tungsten＝W）により構成されドー
ピング領域１４上方の絶縁膜１６中に設けられる複数個
のコンタクトプラグ（contact plug）１８と、各コンタ
クトプラグ１８を電気接続するために絶縁膜１６の表面
に設けられるとともに各コンタクトプラグ１８を被覆す
る金属膜２０とからなっている。
【０００４】フォトレジスト膜２４は、ポジ型フォトレ
ジスト（positive photo-resist）またはネガ型（negat
ive）フォトレジストから構成することができる。フォ
トレジスト膜２４がポジ型フォトレジストから構成され
る時、光化学変換（photochemical transformation）を
行う露光工程において、ビームがフォトマスクパターン
を透過して基板２２表面のフォトレジスト膜２４へ照射
される。ビームにより照射されなかったフォトレジスト
膜２４は、後続の現像（development）および洗浄工程
で残留し、ビームにより照射されたフォトレジスト膜２
４は、後続の現像および洗浄工程で除去され、フォトレ
ジスト膜２４上にフォトマスクパターンと同一のハード
マスク（hard mask）が形成される。逆に、フォトレジ
スト膜２４がネガ型フォトレジスト剤により構成される
場合は、ビームにより照射されなかったフォトレジスト
膜２４が、後続の現像および洗浄工程で除去され、ビー
ムにより照射されたフォトレジスト膜２４は、後続の現
像および洗浄工程で残留して、フォトマスクパターンと
は相補的な（complementary）ハードマスクを形成す
る。後述する従来技術は、半導体チップ表面のフォトレ
ジスト膜２４としてポジ型フォトレジストを使用した場
合を例にあげて説明している。
ジスト（positive photo-resist）またはネガ型（negat
ive）フォトレジストから構成することができる。フォ
トレジスト膜２４がポジ型フォトレジストから構成され
る時、光化学変換（photochemical transformation）を
行う露光工程において、ビームがフォトマスクパターン
を透過して基板２２表面のフォトレジスト膜２４へ照射
される。ビームにより照射されなかったフォトレジスト
膜２４は、後続の現像（development）および洗浄工程
で残留し、ビームにより照射されたフォトレジスト膜２
４は、後続の現像および洗浄工程で除去され、フォトレ
ジスト膜２４上にフォトマスクパターンと同一のハード
マスク（hard mask）が形成される。逆に、フォトレジ
スト膜２４がネガ型フォトレジスト剤により構成される
場合は、ビームにより照射されなかったフォトレジスト
膜２４が、後続の現像および洗浄工程で除去され、ビー
ムにより照射されたフォトレジスト膜２４は、後続の現
像および洗浄工程で残留して、フォトマスクパターンと
は相補的な（complementary）ハードマスクを形成す
る。後述する従来技術は、半導体チップ表面のフォトレ
ジスト膜２４としてポジ型フォトレジストを使用した場
合を例にあげて説明している。
【０００５】従来、フォトリソグラフィ工程を行う前
に、図２に示すように、設計された集積回路パターンに
基づいてフォトマスク３０を作製する。図示したフォト
マスク３０は、ガラスまたは石英からなる透明基板３２
と、この透明基板３２の表面に設けられた複数本の不透
明なフォトマスクパターン（クロムパターン）３４とか
らなっている。このフォトマスク３０の作製を完了した
後、フォトマスク３０により半導体チップ１０に対する
露光を行ってから、露光後の半導体チップ１０を現像液
中に置いて現像工程を行う。半導体チップ１０は、現像
を経た後、数回の洗浄工程を行って、現像液および溶解
されたポジ型フォトレジストを除去する。その結果、半
導体チップ１０表面に図３に示すように１組のフォトレ
ジストパターン２６を残留させる。半導体チップ１０
は、洗浄完了後にエッチング工程、すなわち、フォトレ
ジストパターン２６をハードマスクとして垂直に下方へ
フォトレジストパターン２６により被覆されていない金
属膜２０を絶縁膜１６表面に達するまで除去する工程を
行い、その後フォトレジストパターン２６を完全に除去
することにより、図４に示すように、各コンタクトプラ
グ１８を電気接続する金属導線２８を形成する。
に、図２に示すように、設計された集積回路パターンに
基づいてフォトマスク３０を作製する。図示したフォト
マスク３０は、ガラスまたは石英からなる透明基板３２
と、この透明基板３２の表面に設けられた複数本の不透
明なフォトマスクパターン（クロムパターン）３４とか
らなっている。このフォトマスク３０の作製を完了した
後、フォトマスク３０により半導体チップ１０に対する
露光を行ってから、露光後の半導体チップ１０を現像液
中に置いて現像工程を行う。半導体チップ１０は、現像
を経た後、数回の洗浄工程を行って、現像液および溶解
されたポジ型フォトレジストを除去する。その結果、半
導体チップ１０表面に図３に示すように１組のフォトレ
ジストパターン２６を残留させる。半導体チップ１０
は、洗浄完了後にエッチング工程、すなわち、フォトレ
ジストパターン２６をハードマスクとして垂直に下方へ
フォトレジストパターン２６により被覆されていない金
属膜２０を絶縁膜１６表面に達するまで除去する工程を
行い、その後フォトレジストパターン２６を完全に除去
することにより、図４に示すように、各コンタクトプラ
グ１８を電気接続する金属導線２８を形成する。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】集積回路の複雑度なら
びに集積度（integration）の絶え間ない増大に伴っ
て、フォトマスク３０上のフォトマスクパターン３４も
またますます小さなものとして設計されるようになって
きた。しかしながら、パターン転写を行う時、露光（ex
posure）工程により作製することができるパターンの限
界寸法（critical dimension＝CD）は、露光手段（opti
cal exposure tool）の解像度限界（resolution limi
t）に制限されるものとなっていた。そのため、高密度
配列のフォトマスクパターン３４により露光工程を行っ
て、半導体チップ１０上にフォトレジストパターン２６
を形成する時、光近接効果（optical proximity effec
t）が非常に発生しやすいものとなり、半導体チップ１
０表面のフォトレジストパターン２６に露光過度（over
expose）あるいは露光不足（underexpose）による解像
度損失（resolution loss）を発生させるものとなって
おり、その結果として設計パターンのサイズ縮小化を招
いて、半導体チップ１０上のフォトレジストパターン２
６とフォトマスク３０上のフォトマスクパターン３４と
が一致しなくなり、最終的には、半導体チップ１０上に
形成されるデバイスの電気的性能に悪い影響を与えるも
のとなっていた。
びに集積度（integration）の絶え間ない増大に伴っ
て、フォトマスク３０上のフォトマスクパターン３４も
またますます小さなものとして設計されるようになって
きた。しかしながら、パターン転写を行う時、露光（ex
posure）工程により作製することができるパターンの限
界寸法（critical dimension＝CD）は、露光手段（opti
cal exposure tool）の解像度限界（resolution limi
t）に制限されるものとなっていた。そのため、高密度
配列のフォトマスクパターン３４により露光工程を行っ
て、半導体チップ１０上にフォトレジストパターン２６
を形成する時、光近接効果（optical proximity effec
t）が非常に発生しやすいものとなり、半導体チップ１
０表面のフォトレジストパターン２６に露光過度（over
expose）あるいは露光不足（underexpose）による解像
度損失（resolution loss）を発生させるものとなって
おり、その結果として設計パターンのサイズ縮小化を招
いて、半導体チップ１０上のフォトレジストパターン２
６とフォトマスク３０上のフォトマスクパターン３４と
が一致しなくなり、最終的には、半導体チップ１０上に
形成されるデバイスの電気的性能に悪い影響を与えるも
のとなっていた。
【０００７】そこで、本発明の目的は、超解析ニアフィ
ールド構造を使用して、小さい線幅のフォトレジストパ
ターンを形成するフォトリソグラフィ方法を提供するこ
とにある。
ールド構造を使用して、小さい線幅のフォトレジストパ
ターンを形成するフォトリソグラフィ方法を提供するこ
とにある。
【０００８】
【課題を解決するための手段】上記課題を解決し、所望
の目的を達成するために、本発明にかかる超解析ニアフ
ィールド構造を使用したフォトリソグラフィ方法は、基
板および基板上に設けたフォトレジスト膜を有する半導
体チップに対して露光を行うものであって、第１誘電膜
と、第２誘電膜と、第１誘電膜および第２誘電膜に挟ま
れた能動膜とを備える超解析ニアフィールド構造をフォ
トレジスト膜上に形成するステップと、半導体チップに
ビームを照射する際に、ビームが超解析ニアフィールド
構造を透過してフォトレジスト膜を露光するステップと
を具備し、ビームが超解析ニアフィールド構造を透過す
る時、超解析ニアフィールド構造がビームの光強度を増
強し、かつビームの口径を縮小するものである。
の目的を達成するために、本発明にかかる超解析ニアフ
ィールド構造を使用したフォトリソグラフィ方法は、基
板および基板上に設けたフォトレジスト膜を有する半導
体チップに対して露光を行うものであって、第１誘電膜
と、第２誘電膜と、第１誘電膜および第２誘電膜に挟ま
れた能動膜とを備える超解析ニアフィールド構造をフォ
トレジスト膜上に形成するステップと、半導体チップに
ビームを照射する際に、ビームが超解析ニアフィールド
構造を透過してフォトレジスト膜を露光するステップと
を具備し、ビームが超解析ニアフィールド構造を透過す
る時、超解析ニアフィールド構造がビームの光強度を増
強し、かつビームの口径を縮小するものである。
【０００９】超解析ニアフィールド構造により半導体チ
ップ表面に照射されるビームの口径を縮小することがで
きるので、半導体チップ上に形成される露光手段の解像
度限界を突破するフォトレジストパターンを形成するこ
とが可能となる。本発明は、ビームの口径を縮小し、か
つビームの光強度を増強することができるから、超解析
ニアフィールド構造を利用することで、フォトレジスト
膜上の光点サイズが、露光手段の解像度限界による制限
を受けないようにすることができ、解像度限界を超えた
線幅のフォトレジストパターンを形成して、半導体製造
プロセスにおける次世代の設計サイズに対するニーズを
満足させることができる。
ップ表面に照射されるビームの口径を縮小することがで
きるので、半導体チップ上に形成される露光手段の解像
度限界を突破するフォトレジストパターンを形成するこ
とが可能となる。本発明は、ビームの口径を縮小し、か
つビームの光強度を増強することができるから、超解析
ニアフィールド構造を利用することで、フォトレジスト
膜上の光点サイズが、露光手段の解像度限界による制限
を受けないようにすることができ、解像度限界を超えた
線幅のフォトレジストパターンを形成して、半導体製造
プロセスにおける次世代の設計サイズに対するニーズを
満足させることができる。
【００１０】
【発明の実施の形態】以下、本発明にかかる好適な実施
の形態を図面に基づいて説明する。 ＜第１実施形態＞図５ないし図８に本発明にかかるフォ
トリソグラフィ方法を示す。このフォトリソグラフィ工
程は、半導体チップ４０上に金属導線のサイズならびに
位置をパターニングするためのものである。図５におい
て、半導体チップ４０は、基板５２と、ネガ型フォトレ
ジストにより構成されるとともに基板５２の表面に設け
られるフォトレジスト膜５４とを備える。基板５２は、
シリコン基板４２と、このシリコン基板４２中に設けら
れる複数個のドーピング領域４４と、シリコン酸化物に
より構成されるとともにシリコン基板４２上に設けられ
る絶縁膜４６と、タングステン（tungsten＝W）により
構成されるとともにドーピング領域４４上方の絶縁膜４
６中に設けられる複数個のコンタクトプラグ４８（cont
act plug）と、各コンタクトプラグ４８を電気接続する
ためにコンタクトプラグ４８表面に設けられるとともに
各コンタクトプラグ４８を被覆する金属膜５０とからな
っている。
の形態を図面に基づいて説明する。 ＜第１実施形態＞図５ないし図８に本発明にかかるフォ
トリソグラフィ方法を示す。このフォトリソグラフィ工
程は、半導体チップ４０上に金属導線のサイズならびに
位置をパターニングするためのものである。図５におい
て、半導体チップ４０は、基板５２と、ネガ型フォトレ
ジストにより構成されるとともに基板５２の表面に設け
られるフォトレジスト膜５４とを備える。基板５２は、
シリコン基板４２と、このシリコン基板４２中に設けら
れる複数個のドーピング領域４４と、シリコン酸化物に
より構成されるとともにシリコン基板４２上に設けられ
る絶縁膜４６と、タングステン（tungsten＝W）により
構成されるとともにドーピング領域４４上方の絶縁膜４
６中に設けられる複数個のコンタクトプラグ４８（cont
act plug）と、各コンタクトプラグ４８を電気接続する
ためにコンタクトプラグ４８表面に設けられるとともに
各コンタクトプラグ４８を被覆する金属膜５０とからな
っている。
【００１１】図６に示すように、本発明は、先ずフォト
レジスト膜５４上に超解析ニアフィールド構造６２を形
成するものである。その超解析ニアフィールド構造６２
は、厚さが約２０ナノメートルの誘電膜５６と、厚さが
約１５ナノメートルの能動膜５８と、厚さが約１７０ナ
ノメートルの誘電膜６０とからなっている。能動膜５８
は、ガリウム（gallium＝Ga）、ゲルマニウム（germani
um＝Ge）、ヒ素（arsenic＝As）、セレン（selenium＝S
e）、インジウム（indium＝In）、スズ（tin＝Sn）、ア
ンチモン（antimony＝Sb）、テルル（tellurium＝T
e）、銀（silver＝Ag）などの材料で構成され、誘電膜
５６および誘電膜６０は、硫化亜鉛（ZnS）、窒化ケイ
素（SiNx）、窒化ガリウム（GaNx）、窒化アルミニウム
（AlNx）、窒化チタン（TiNx）などの材料で構成され
る。能動膜５８は、また酸化ガリウム（GaOx）、酸化ゲ
ルマニウム（GeOx）、酸化ヒ素（AsOx）、酸化セレン
（SeOx）、酸化インジウム（InOx）、酸化スズ（Sn
Ox）、酸化アンチモン（SbOx）、酸化テルル（TeOx）、
酸化銀（AgOx）などの材料で構成することができ、その
場合には、誘電膜５６および誘電膜６０が、硫化亜鉛
（ZnS）、酸化シリコン（SiOx）、酸化アルミニウム（A
lOx）、酸化チタン（TiOx）などの材料で構成される。
レジスト膜５４上に超解析ニアフィールド構造６２を形
成するものである。その超解析ニアフィールド構造６２
は、厚さが約２０ナノメートルの誘電膜５６と、厚さが
約１５ナノメートルの能動膜５８と、厚さが約１７０ナ
ノメートルの誘電膜６０とからなっている。能動膜５８
は、ガリウム（gallium＝Ga）、ゲルマニウム（germani
um＝Ge）、ヒ素（arsenic＝As）、セレン（selenium＝S
e）、インジウム（indium＝In）、スズ（tin＝Sn）、ア
ンチモン（antimony＝Sb）、テルル（tellurium＝T
e）、銀（silver＝Ag）などの材料で構成され、誘電膜
５６および誘電膜６０は、硫化亜鉛（ZnS）、窒化ケイ
素（SiNx）、窒化ガリウム（GaNx）、窒化アルミニウム
（AlNx）、窒化チタン（TiNx）などの材料で構成され
る。能動膜５８は、また酸化ガリウム（GaOx）、酸化ゲ
ルマニウム（GeOx）、酸化ヒ素（AsOx）、酸化セレン
（SeOx）、酸化インジウム（InOx）、酸化スズ（Sn
Ox）、酸化アンチモン（SbOx）、酸化テルル（TeOx）、
酸化銀（AgOx）などの材料で構成することができ、その
場合には、誘電膜５６および誘電膜６０が、硫化亜鉛
（ZnS）、酸化シリコン（SiOx）、酸化アルミニウム（A
lOx）、酸化チタン（TiOx）などの材料で構成される。
【００１２】超解析ニアフィールド構造６２を完成した
後に露光工程を行うが、この露光工程では、波長が３６
５ナノメートル（nanometer＝nm）のビーム６４を半導
体チップ４０に照射する。この露光工程を行う過程で、
ビーム６４が移動方式により超解析ニアフィールド構造
６２を透過するとともに、フォトレジストパターンを形
成したい半導体チップ４０表面のフォトレジスト膜５４
を照射して、フォトレジスト膜５４に光化学変換反応を
発生させる。露光工程を完了した後、すぐに超解析ニア
フィールド構造６２をフォトレジスト膜５４上から除去
してから、半導体チップ４０を現像液中にいれて現像を
行う。
後に露光工程を行うが、この露光工程では、波長が３６
５ナノメートル（nanometer＝nm）のビーム６４を半導
体チップ４０に照射する。この露光工程を行う過程で、
ビーム６４が移動方式により超解析ニアフィールド構造
６２を透過するとともに、フォトレジストパターンを形
成したい半導体チップ４０表面のフォトレジスト膜５４
を照射して、フォトレジスト膜５４に光化学変換反応を
発生させる。露光工程を完了した後、すぐに超解析ニア
フィールド構造６２をフォトレジスト膜５４上から除去
してから、半導体チップ４０を現像液中にいれて現像を
行う。
【００１３】図７の半導体チップ４０の平面図に示すよ
うに、半導体チップ４０は、現像を経た後、数回の洗浄
工程を行って、現像液および溶解したネガ型フォトレジ
ストを除去して、半導体チップ４０表面にフォトレジス
トパターン６６を残留させる。半導体チップ４０は、洗
浄工程を終了後にエッチング工程、すなわち、フォトレ
ジストパターン６６をハードマスクとして垂直に下方へ
フォトレジストパターン６６で被覆されていない金属膜
５０を絶縁膜４６の表面に達するまで除去する工程を実
施する。最後に、フォトレジストパターン６６を完全に
除去して、図８に示すように、各コンタクトプラグ４８
を電気接続する金属導線６８を形成する。
うに、半導体チップ４０は、現像を経た後、数回の洗浄
工程を行って、現像液および溶解したネガ型フォトレジ
ストを除去して、半導体チップ４０表面にフォトレジス
トパターン６６を残留させる。半導体チップ４０は、洗
浄工程を終了後にエッチング工程、すなわち、フォトレ
ジストパターン６６をハードマスクとして垂直に下方へ
フォトレジストパターン６６で被覆されていない金属膜
５０を絶縁膜４６の表面に達するまで除去する工程を実
施する。最後に、フォトレジストパターン６６を完全に
除去して、図８に示すように、各コンタクトプラグ４８
を電気接続する金属導線６８を形成する。
【００１４】＜第２実施形態＞図９に本発明にかかる別
の実施形態を示すと、この実施形態は、フォトレジスト
膜５４表面に形成した図６の超解析ニアフィールド構造
６２を、フォトレジスト膜５４の上方に設置したビーム
遮蔽板７０に置き換えたものである。ビーム遮蔽板７０
は、透明基板７２と超解析ニアフィールド構造７４とを
備えるものであって、その超解析ニアフィールド構造７
４は、透明基板７２表面に設けられた誘電膜７６と、こ
の誘電膜７６表面に設けられた能動膜７８と、この能動
膜７８表面に設けられた誘電膜８０とからなっている。
そして、ビーム８２をビーム遮蔽板７０に透過させてフ
ォトレジスト膜５４を照射し、露光工程を行う。超解析
ニアフィールド構造７４とフォトレジスト膜５４との距
離は、入射ビーム８２の波長より小さいものとする。こ
の露光工程後、現像、洗浄、エッチング工程を行い、さ
らにフォトレジストパターンを完全に除去し、図１０に
示すように、半導体チップ４０表面に各コンタクトプラ
グ４８を電気接続する金属導線６８を形成する。
の実施形態を示すと、この実施形態は、フォトレジスト
膜５４表面に形成した図６の超解析ニアフィールド構造
６２を、フォトレジスト膜５４の上方に設置したビーム
遮蔽板７０に置き換えたものである。ビーム遮蔽板７０
は、透明基板７２と超解析ニアフィールド構造７４とを
備えるものであって、その超解析ニアフィールド構造７
４は、透明基板７２表面に設けられた誘電膜７６と、こ
の誘電膜７６表面に設けられた能動膜７８と、この能動
膜７８表面に設けられた誘電膜８０とからなっている。
そして、ビーム８２をビーム遮蔽板７０に透過させてフ
ォトレジスト膜５４を照射し、露光工程を行う。超解析
ニアフィールド構造７４とフォトレジスト膜５４との距
離は、入射ビーム８２の波長より小さいものとする。こ
の露光工程後、現像、洗浄、エッチング工程を行い、さ
らにフォトレジストパターンを完全に除去し、図１０に
示すように、半導体チップ４０表面に各コンタクトプラ
グ４８を電気接続する金属導線６８を形成する。
【００１５】図１１に、入射ビーム８２が超解析ニアフ
ィールド構造７４を透過する状況を示すと、入射ビーム
８２が外部から誘電膜７６へ進入して能動膜７８を透過
し、誘電膜８０から外部へ射出される時、入射ビーム８
２のこれら３層構造に対する透過率および透過ビーム８
４の光強度分布は、誘電膜７６、能動膜７８、誘電膜８
０の各層の屈折係数および厚さと、入射ビーム８２なら
びに法線８６間の入射角８８とによって決定される。一
般的に言えば、光線が金属膜あるいは誘電膜で構成され
た多層構造を透過する時にはビーム強度が低下するが、
光線が特殊な多層構造を透過すると光強度がかって増大
される。例えば、構成された多層構造において、光線は
入射角度が臨界角度より大きいため全反射を発生させる
が、もしも適当な多層構造および厚さを有するものであ
れば、共振を発生させ、大きい光強度を出力することが
できるものとなる。理論上、吸収が発生しない理想的な
状況においては、数百倍の強度増大を得ることができ
る。
ィールド構造７４を透過する状況を示すと、入射ビーム
８２が外部から誘電膜７６へ進入して能動膜７８を透過
し、誘電膜８０から外部へ射出される時、入射ビーム８
２のこれら３層構造に対する透過率および透過ビーム８
４の光強度分布は、誘電膜７６、能動膜７８、誘電膜８
０の各層の屈折係数および厚さと、入射ビーム８２なら
びに法線８６間の入射角８８とによって決定される。一
般的に言えば、光線が金属膜あるいは誘電膜で構成され
た多層構造を透過する時にはビーム強度が低下するが、
光線が特殊な多層構造を透過すると光強度がかって増大
される。例えば、構成された多層構造において、光線は
入射角度が臨界角度より大きいため全反射を発生させる
が、もしも適当な多層構造および厚さを有するものであ
れば、共振を発生させ、大きい光強度を出力することが
できるものとなる。理論上、吸収が発生しない理想的な
状況においては、数百倍の強度増大を得ることができ
る。
【００１６】図１２に示すように、入射ビーム８２が金
属膜（能動膜）７８の金属膜表面７８ａに入射される
が、そのとき、入射ビーム８２の波動ベクトルは、金属
膜表面７８ａに平行な平行成分９４と、金属膜表面７８
ａに垂直な垂直成分９６とに分かれる。もしも平行成分
９４の数値が金属膜表面７８ａの自由電子の運動量に等
しいならば、自由電子は入射ビーム８２のエネルギを吸
収することができるので、金属膜表面７８ａの自由電子
が、入射ビーム８２の電磁場に合わせて周期性の分布と
なる。電子疎密の分布により形成された物質波は縦波と
なるため、金属膜表面７８ａ上では放射電磁波を発生し
ないが、その電場は、金属膜表面７８ａに垂直な距離に
従って指数が減少する。また、金属膜表面７８ａに垂直
な成分９６は、引き続き金属膜７８内を伝搬する。垂直
成分９６の数値が多層構造内部で共振する定在波の条件
を満たす時、すなわち金属膜７８の厚さが波長の半分
（垂直成分９６のエネルギが対応する波長を指す）の整
数倍に等しい時、共振現象を発生するため、金属膜７８
の別の表面７８ｂが誘導により電磁場を発生させる。さ
らに、金属膜７８の屈折係数が誘電膜７６および誘電膜
８０の屈折係数より大きいため、光線が金属膜７８内で
反射を繰り返して（金属の屈折係数がとても大きく、通
常は全反射となる）、強め合う干渉を形成するので、表
面金属膜表面７８ｂ上の光強度を増強するものとなる。
属膜（能動膜）７８の金属膜表面７８ａに入射される
が、そのとき、入射ビーム８２の波動ベクトルは、金属
膜表面７８ａに平行な平行成分９４と、金属膜表面７８
ａに垂直な垂直成分９６とに分かれる。もしも平行成分
９４の数値が金属膜表面７８ａの自由電子の運動量に等
しいならば、自由電子は入射ビーム８２のエネルギを吸
収することができるので、金属膜表面７８ａの自由電子
が、入射ビーム８２の電磁場に合わせて周期性の分布と
なる。電子疎密の分布により形成された物質波は縦波と
なるため、金属膜表面７８ａ上では放射電磁波を発生し
ないが、その電場は、金属膜表面７８ａに垂直な距離に
従って指数が減少する。また、金属膜表面７８ａに垂直
な成分９６は、引き続き金属膜７８内を伝搬する。垂直
成分９６の数値が多層構造内部で共振する定在波の条件
を満たす時、すなわち金属膜７８の厚さが波長の半分
（垂直成分９６のエネルギが対応する波長を指す）の整
数倍に等しい時、共振現象を発生するため、金属膜７８
の別の表面７８ｂが誘導により電磁場を発生させる。さ
らに、金属膜７８の屈折係数が誘電膜７６および誘電膜
８０の屈折係数より大きいため、光線が金属膜７８内で
反射を繰り返して（金属の屈折係数がとても大きく、通
常は全反射となる）、強め合う干渉を形成するので、表
面金属膜表面７８ｂ上の光強度を増強するものとなる。
【００１７】図１３に入射ビーム８２が超解析ニアフィ
ールド構造７４を透過した後の光強度の分布を示すと、
横軸は入射ビーム８２の位置を示し、縦軸は入射ビーム
８２の光強度を示している。入射ビーム８２の光強度分
布がほぼガウス分布を呈しており、超解析ニアフィール
ド構造７４へ入射される光強度分布が曲線９０で表さ
れ、曲線９２は、超解析ニアフィールド構造７４を透過
した後の透過ビーム８４の光強度分布を表している。図
から明らかなように、超解析ニアフィールド構造７４に
より光強度を大幅に増強することができる。そして、注
目すべきことは、超解析ニアフィールド構造７４の透過
ビーム８４は、透過ビーム８４の中心部分に近いほど光
強度が大きくなっていることである。また、入射した入
射ビーム８２の半値全幅（full width of half magnitu
de = FWHM）９８が透過ビーム８４の半値全幅９９より
大きいため、超解析ニアフィールド構造７４は露光の入
射ビーム８２の口径を縮小して、フォトレジスト膜上に
更に小さい線幅を形成することができる。
ールド構造７４を透過した後の光強度の分布を示すと、
横軸は入射ビーム８２の位置を示し、縦軸は入射ビーム
８２の光強度を示している。入射ビーム８２の光強度分
布がほぼガウス分布を呈しており、超解析ニアフィール
ド構造７４へ入射される光強度分布が曲線９０で表さ
れ、曲線９２は、超解析ニアフィールド構造７４を透過
した後の透過ビーム８４の光強度分布を表している。図
から明らかなように、超解析ニアフィールド構造７４に
より光強度を大幅に増強することができる。そして、注
目すべきことは、超解析ニアフィールド構造７４の透過
ビーム８４は、透過ビーム８４の中心部分に近いほど光
強度が大きくなっていることである。また、入射した入
射ビーム８２の半値全幅（full width of half magnitu
de = FWHM）９８が透過ビーム８４の半値全幅９９より
大きいため、超解析ニアフィールド構造７４は露光の入
射ビーム８２の口径を縮小して、フォトレジスト膜上に
更に小さい線幅を形成することができる。
【００１８】以上のごとく、本発明を好適な実施形態に
より開示したが、実施形態は、本発明を限定するための
ものではない。同業者であれば容易に理解できるよう
に、本発明は、本発明の技術思想の範囲において、適当
な変更ならびに修正が当然なされうるものであるから、
その特許権保護の範囲は、特許請求の範囲および、それ
と均等な領域を基準として定めなければならない。
より開示したが、実施形態は、本発明を限定するための
ものではない。同業者であれば容易に理解できるよう
に、本発明は、本発明の技術思想の範囲において、適当
な変更ならびに修正が当然なされうるものであるから、
その特許権保護の範囲は、特許請求の範囲および、それ
と均等な領域を基準として定めなければならない。
【００１９】
【発明の効果】上記構成により、本発明は、下記のよう
な長所を有する。本発明は、露光光源の口径を縮小する
とともに露光光源の光強度を増加させるという超解析ニ
アフィールド構造の特性を利用することにより、露光手
段の解像度限界を突破して、解像度限界を超える線幅の
フォトレジストパターン形成を可能とするものである。
超解析ニアフィールド構造の薄膜層の厚さを適切に調整
することで、露光光源の口径を縮小し、フォトレジスト
膜を照射する光点サイズが、露光手段の解像度限界によ
り制限されることがなくなるから、本発明は、解像度限
界を超えた線幅のフォトレジストパターンを形成するこ
とができ、半導体製造プロセスにおける次世代の設計サ
イズのニーズを満たすことができる。従って、産業上の
利用価値が高い。
な長所を有する。本発明は、露光光源の口径を縮小する
とともに露光光源の光強度を増加させるという超解析ニ
アフィールド構造の特性を利用することにより、露光手
段の解像度限界を突破して、解像度限界を超える線幅の
フォトレジストパターン形成を可能とするものである。
超解析ニアフィールド構造の薄膜層の厚さを適切に調整
することで、露光光源の口径を縮小し、フォトレジスト
膜を照射する光点サイズが、露光手段の解像度限界によ
り制限されることがなくなるから、本発明は、解像度限
界を超えた線幅のフォトレジストパターンを形成するこ
とができ、半導体製造プロセスにおける次世代の設計サ
イズのニーズを満たすことができる。従って、産業上の
利用価値が高い。
【図１】従来技術にかかる金属導線形成前の半導体チッ
プを示す断面図である。
プを示す断面図である。
【図２】従来技術にかかるフォトマスクを示す平面図で
ある。
ある。
【図３】従来技術にかかる半導体チップにフォトマスク
パターンを形成した様子を示す平面図である。
パターンを形成した様子を示す平面図である。
【図４】従来技術にかかる金属導線形成後の半導体チッ
プを示す断面図である。
プを示す断面図である。
【図５】本発明にかかる金属導線形成前の半導体チップ
を示す断面図である。
を示す断面図である。
【図６】本発明にかかる、ビームを利用して超解析ニア
フィールド構造を有する半導体チップに対して露光を行
う様子を示す説明断面図である。
フィールド構造を有する半導体チップに対して露光を行
う様子を示す説明断面図である。
【図７】図５の半導体チップにフォトマスクパターンを
形成した様子を示す平面図である。
形成した様子を示す平面図である。
【図８】図５の半導体チップに金属導線を形成した様子
を示す断面図である。
を示す断面図である。
【図９】本発明の第２実施形態にかかる、超解析ニアフ
ィールド構造を有するビーム遮蔽板にビームを透過して
半導体チップに対して露光を行う様子を示す説明断面図
である
ィールド構造を有するビーム遮蔽板にビームを透過して
半導体チップに対して露光を行う様子を示す説明断面図
である
【図１０】図９の半導体チップに金属導線を形成した様
子を示す断面図である。
子を示す断面図である。
【図１１】ビームが超解析ニアフィールド構造を透過す
る様子を示す説明断面図である。
る様子を示す説明断面図である。
【図１２】入射ビームが金属膜表面に入射して形成され
る光強度成分を示す説明断面図である。
る光強度成分を示す説明断面図である。
【図１３】本発明にかかる超解析ニアフィールド構造の
増強作用を示す特性図である。
増強作用を示す特性図である。
４０ 半導体チップ ５０ 金属膜 ５２ 基板 ５４ フォトレジスト膜 ５６ 誘電膜 ５８ 能動膜 ６０ 誘電膜 ６２ 超解析ニアフィールド構造 ６４ ビーム ６６ フォトレジストパターン ６８ 金属導線 ７０ ビーム遮蔽板 ７４ 超解析ニアフィールド構造 ７６ 誘電膜 ７８ 金属（能動）膜 ８０ 誘電膜 ８２ 入射ビーム ８４ 透過ビーム
Claims (21)
- 【請求項１】 基板およびこの基板上に設けたフォトレ
ジスト膜を有する半導体チップに対して露光を行うもの
であって、 第１誘電膜と、第２誘電膜と、前記第１誘電膜および前
記第２誘電膜に挟まれた能動膜とを備えた超解析ニアフ
ィールド構造を前記フォトレジスト膜上に形成するステ
ップと、 前記半導体チップにビームを照射する際に、前記ビーム
が前記超解析ニアフィールド構造を透過して前記フォト
レジスト膜を露光するステップとを具備し、 前記ビームが前記超解析ニアフィールド構造を透過する
時、前記超解析ニアフィールド構造が前記ビームの光強
度を増強し、かつ前記ビームの口径を縮小することを特
徴とする超解析ニアフィールド構造を使用したフォトリ
ソグラフィ方法。 - 【請求項２】 前記能動膜は、ガリウム（gallium＝G
a）、ゲルマニウム（germanium＝Ge）、ヒ素（arsenic
＝As）、セレン（selenium＝Se）、インジウム（indium
＝In）、スズ（tin＝Sn）、アンチモン（antimony＝S
b）、テルル（tellurium＝Te）、銀（silver＝Ag）で構
成するグループ中の材料より選択されることを特徴とす
る請求項１記載の超解析ニアフィールド構造を使用した
フォトリソグラフィ方法。 - 【請求項３】 前記第１誘電膜は、硫化亜鉛（ZnS）、
窒化ケイ素（SiNx）、窒化ガリウム（GaNx）、窒化アル
ミニウム（AlNx）、窒化チタン（TiNx）で構成するグル
ープ中の材料より選択されることを特徴とする請求項１
または２記載の超解析ニアフィールド構造を使用したフ
ォトリソグラフィ方法。 - 【請求項４】 前記第２誘電膜は、硫化亜鉛、窒化ケイ
素、窒化ガリウム、窒化アルミニウム、窒化チタンで構
成するグループ中の材料より選択されることを特徴とす
る請求項１または２記載の超解析ニアフィールド構造を
使用したフォトリソグラフィ方法。 - 【請求項５】 前記能動膜は、酸化ガリウム（GaOx）、
酸化ゲルマニウム（GeOx）、酸化ヒ素（AsOx）、酸化セ
レン（SeOx）、酸化インジウム（InOx）、酸化スズ（Sn
Ox）、酸化アンチモン（SbOx）、酸化テルル（TeOx）、
酸化銀（AgOx）で構成するグループ中の材料より選択さ
れることを特徴とする請求項１記載の超解析ニアフィー
ルド構造を使用したフォトリソグラフィ方法。 - 【請求項６】 前記第１誘電膜は、硫化亜鉛（ZnS）、
酸化シリコン（SiOx）、酸化アルミニウム（AlOx）、酸
化チタン（TiOx）で構成するグループ中の材料より選択
されることを特徴とする請求項１または５記載の超解析
ニアフィールド構造を使用したフォトリソグラフィ方
法。 - 【請求項７】 前記第２誘電膜は、硫化亜鉛、酸化シリ
コン、酸化アルミニウム、酸化チタンで構成するグルー
プ中の材料より選択されることを特徴とする請求項１ま
たは５記載の超解析ニアフィールド構造を使用したフォ
トリソグラフィ方法。 - 【請求項８】 前記超解析ニアフィールド構造と前記フ
ォトレジスト膜との距離は、前記ビームの波長よりも小
さいことを特徴とする請求項１記載の超解析ニアフィー
ルド構造を使用したフォトリソグラフィ方法。 - 【請求項９】 前記ビームの波長は、約３６５ナノメー
トル（nanometer＝nm）であることを特徴とする請求項
１記載の超解析ニアフィールド構造を使用したフォトリ
ソグラフィ方法。 - 【請求項１０】 前記能動膜の厚さは約１５ナノメート
ル、前記第１誘電膜の厚さは約２０ナノメートル、前記
第１誘電膜の厚さは約１７０ナノメートルであることを
特徴とする請求項１記載の超解析ニアフィールド構造を
使用したフォトリソグラフィ方法。 - 【請求項１１】 前記超解析ニアフィールド構造を使用
したフォトリソグラフィ方法は、さらに、前記超解析ニ
アフィールド構造を除去するステップを備えることを特
徴とする請求項１記載の超解析ニアフィールド構造を使
用したフォトリソグラフィ方法。 - 【請求項１２】 基板およびこの基板上に設けたフォト
レジスト膜を有する半導体チップに対して露光を行うも
のであって、 第１誘電膜と、第２誘電膜と、前記第１誘電膜および前
記第２誘電膜に挟まれた能動膜とを備えた超解析ニアフ
ィールド構造を有するビーム遮蔽板を前記フォトレジス
ト膜の上方に設けるステップと、 前記半導体チップにビームを照射する際に、前記ビーム
が前記超解析ニアフィールド構造を透過して前記フォト
レジスト膜を露光するステップとを具備し、 前記ビームが前記超解析ニアフィールド構造を透過する
時、前記超解析ニアフィールド構造が前記ビームの光強
度を増強し、かつ前記ビームの口径を縮小することを特
徴とする超解析ニアフィールド構造を使用したフォトリ
ソグラフィ方法。 - 【請求項１３】 前記能動膜は、ガリウム、ゲルマニウ
ム、ヒ素、セレン、インジウム、スズ、アンチモン、テ
ルル、銀で構成するグループ中の材料より選択されるこ
とを特徴とする請求項１２記載の超解析ニアフィールド
構造を使用したフォトリソグラフィ方法。 - 【請求項１４】 前記第１誘電膜は、硫化亜鉛、窒化ケ
イ素、窒化ガリウム、窒化アルミニウム、窒化チタンで
構成するグループ中の材料より選択されることを特徴と
する請求項１２または１３記載の超解析ニアフィールド
構造を使用したフォトリソグラフィ方法。 - 【請求項１５】 前記第２誘電膜は、硫化亜鉛、窒化ケ
イ素、窒化ガリウム、窒化アルミニウム、窒化チタンで
構成するグループ中の材料より選択されることを特徴と
する請求項１２または１３記載の超解析ニアフィールド
構造を使用したフォトリソグラフィ方法。 - 【請求項１６】 前記能動膜は、酸化ガリウム、酸化ゲ
ルマニウム、酸化ヒ素、酸化セレン、酸化インジウム、
酸化スズ、酸化アンチモン、酸化テルル、酸化銀で構成
するグループ中の材料より選択されることを特徴とする
請求項１２記載の超解析ニアフィールド構造を使用した
フォトリソグラフィ方法。 - 【請求項１７】 前記第１誘電膜は、硫化亜鉛、酸化シ
リコン、酸化アルミニウム、酸化チタンで構成するグル
ープ中の材料より選択されることを特徴とする請求項１
２または１６記載の超解析ニアフィールド構造を使用し
たフォトリソグラフィ方法。 - 【請求項１８】 前記第２誘電膜は、硫化亜鉛、酸化シ
リコン、酸化アルミニウム、酸化チタンで構成するグル
ープ中の材料より選択されることを特徴とする請求項１
２または１６記載の超解析ニアフィールド構造を使用し
たフォトリソグラフィ方法。 - 【請求項１９】 前記超解析ニアフィールド構造と前記
フォトレジスト膜との距離は、前記ビームの波長よりも
小さいことを特徴とする請求項１２記載の超解析ニアフ
ィールド構造を使用したフォトリソグラフィ方法。 - 【請求項２０】 前記ビームの波長は、約３６５ナノメ
ートルであることを特徴とする請求項１２記載の超解析
ニアフィールド構造を使用したフォトリソグラフィ方
法。 - 【請求項２１】 前記能動膜の厚さは約１５ナノメート
ル、前記第１誘電膜の厚さは約２０ナノメートル、前記
第１誘電膜の厚さは約１７０ナノメートルであることを
特徴とする請求項１２記載の超解析ニアフィールド構造
を使用したフォトリソグラフィ方法。
Applications Claiming Priority (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| TW89114791 | 2000-07-24 | ||
| TW089114791A TW513615B (en) | 2000-07-24 | 2000-07-24 | Photolithography using a super-resolution near-field structure |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2002075851A true JP2002075851A (ja) | 2002-03-15 |
Family
ID=21660525
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2000358078A Pending JP2002075851A (ja) | 2000-07-24 | 2000-11-24 | 超解析ニアフィールド構造を使用したフォトリソグラフィ方法 |
Country Status (3)
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| JP (1) | JP2002075851A (ja) |
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| TW569211B (en) * | 2002-04-11 | 2004-01-01 | Ritek Corp | Super resolution CD mother mold, CD original mold and its manufacturing process |
| JP4221450B2 (ja) * | 2002-09-26 | 2009-02-12 | 三星電子株式会社 | 高融点金属酸化物又はシリコン酸化物のマスク層を用いる超解像度近接場構造の高密度記録媒体 |
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|---|---|---|---|---|
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| TW440050U (en) * | 1999-02-26 | 2001-06-07 | Ritek Corp | Surface-plasma ultra-resolution pre-recorded type CD structure |
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Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A02 Effective date: 20070807 |