JP2004157251A - ホトリソグラフィー工程の位相シフトマスクの形成方法 - Google Patents

Abstract

【課題】ホトリソグラフィー工程の位相シフトマスクの形成方法の提供。
【解決手段】ホトリソグラフィー工程に応用する基板を提供し、並びに高透過減衰層（ＨＴＡＬ）を基板上に形成する。それから不透光層を高透過減衰層の上に形成する。続いて、不透光層をエッチングして第１位相領域と第２位相領域を高透過減衰層にあって画定する。続いて、ホトレジスト層を第２位相領域と不透光層に形成し、並びに第１位相領域に位置する高透過減衰層の部分表面を露光させる。その後、位相シフト領域に位置する高透過減衰層の部分表面より基板内部の所定の深さまでエッチングする。最後に、ホトレジスト層を除去してエッチング領域に位相シフト領域を形成し、非エッチング領域に非位相シフト領域を形成する。これにより、露光強度が均一な位相シフトマスクを形成する。
【選択図】 図５

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は一種のホトリソグラフィー工程の位相シフトマスクの形成方法に係り、特に、高透過減衰層（ＨＴＡＬ）によりホトリソグラフィー工程の位相シフトマスクを形成する方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
半導体装置の集積度は不断に増しており、例えばＭＯＳ装置は、チップ面積を一様に保持し、さらには縮小して回路の単位コストを減らすための唯一の方法は、不断に回路設計規格（ｄｅｓｉｇｎ ｒｕｌｅ）を縮小することとされ、これによりハイテクノロジー産業の将来の発展傾向に符合させる。これにより、装置の占める空間面積もまた回路設計規格（ｄｅｓｉｇｎ ｒｕｌｅ）に伴い徐々に縮小される。半導体技術の発展に伴い、集積回路の装置のサイズはディープサブミクロンの範囲にまで縮減されている。半導体がディープサブミクロンの範囲にまで縮減される時、工程にあって微縮上の問題が発生する。ウエハ表面に非常に小さいアクティブ素子を構築するためには、この作用の衝撃は微小且つ境界が明らかな領域に制限されなければならない。
【０００３】
相補型ＭＯＳ装置にあって、極めて大型の集積回路の製造におけるリソグラフィー技術は、開口パターンを光感応重合物（通常ホトレジストと称される）に転換する工程であり、そのうちシリコン基板材料に一系列の工程ステップの特殊作用による改変を利用し、微小領域が画定される。相補型ＭＯＳチップの製造は、重複してホトレジストのパターンを転写し、続いてエッチング、イオン注入、堆積、或いはその他の工程を行い、並びにホトレジストを除去して終了し、次の重複する工程順序で新たなホトレジスト層を応用するのに供する。基本的なリソグラフィーシステムは光源、印刷型板或いはチップに転写するパターンを具えたマスク、一組のレンズ、及びマスク上のパターンとチップ上のパターンを整合させるための一組の装置を含む。５０から１００個のダイを含むウエハでは一回に１つから４つのダイにパターン転写が行われるため、ステッパはレイリー（Ｒａｙｌｅｉｇｈ）方程式のパラメータに制限され、以下に示されるとおりである。即ち、
Ｒ＝ｋ１×λ／ＮＡ。
そのうち、λはシステムにあって投射される光源波長であり、ＮＡは投射光学数値孔径（ｎｕｍｅｒｉｃａｌ ａｐｅｒｔｕｒｅ）である。ｋ１はリソグラフィーシステム内に結合され、実際に使用され得る理論の解析リミットの一つの因子であり、通常の標準の露光システムでは０．８から０．５に下がる。現在ホトリソグラフィーにあって、１９３、２４８、３５６ｎｍ波長走査のステッパが広く使用されている。
【０００４】
伝統的なマスクは、石英盤上のクロムパターンを具え、光にマスクのクロムを除去した部分を通過させる。特定波長の光はマスクを経由してウエハに塗布されたレジストに投射され、マスクのクロムを除いたパターンがレジストにあって露光させられる。レジストを適当な波長の光で露光させることで、レジスト重合物の分子構造の修正と改変が形成され、レジスト重合物が現像剤により化学方式で分解され並びにレジストの露光された領域が除去される（反対に、ネガティブレジストシステムは未露光のレジストを現像し並びに除去させる。）。マスクが照射を受けた後、各個の独立し、無限に小さい光源となることが想像され、そのうち光源はオンとされる（乾いたキレイな領域に被覆される点）か或いはオフとされる（クロムに被覆された点）。このような伝統的なマスクは一般にＣＯＧ（Ｃｈｒｏｍｅ ｏｎ Ｇｌａｓｓ）或いはバイナリマスクと称される。完全な方形ステップ関数は正確なマスク平面の理論リミットにあってのみ存在する。マスクから離れたウエハ平面で、散乱効果は画像に有限の画像傾斜を現出させる。比較的小さい寸法にあって、即ち、画像のサイズと距離をλ／ＮＡが小さい時に印刷すると、付近の画像の電場ベクトルが相互作用と建設性の相加を形成する。発生する光強度曲線は特徴の間にあって並びに不完全であるとダークであり、近隣特徴の交互作用により発生する光強度を現出する。露光システムの解析度は投射光画像のコントラスト、即ち近隣の明暗特徴の間の強度差に制限される。光強度が正常であるとダーク領域の増加により最後には近隣特徴の印刷を一つの組み合わされた構造で非分離の画像となす。
【０００５】
小画像の品質はリソグラフィー中で複製され、それは工程中の許容可能な露光寛容度（ｌａｔｉｔｕｄｅ）に依存する。即ち、許容可能な露光量と焦点距離の変化量は依然として正確な画像寸法を得ることができる。設計特徴がますます小さくなる時、全てのリソグラフィー解析強化技術（ＬＲＥＴ）は原則上、一種の交替式位相マスク、また即ち位相シフトマスクを使用し、これは一種の相当に有効な方法であり、それはほぼ二倍の解析強化の転写パターンを提供する。位相シフトマスクリソグラフィー工程がリソグラフィー工程の露光寛容度を改善するか、或いはマスクに第３個のパラメータ許容度の比較的低いｋ１値が導入される。電場ベクトルと任意のベクトルは類似し、大きさと方向を有し、ゆえに電場の振幅を改変するほか、ベクトルの位相も改変できる。位相シフトマスク中、光束がマスク材料を通過する経路により位相の変化が達成される。マスクを一定深度に凹ませることにより、光のマスクの比較的薄い部分の通過経路と比較的厚い部分の通過経路とが１８０度の逆位相を有する。すなわち、電場ベクトルの大きさが等しく、方向がちょうど反対となり、これによりこれら光束の干渉の後に完全に打ち消される。
【０００６】
伝統的なマスクは、石英で形成されてクロム層画像を具えたマスクとされ、通常、ＣＯＧ或いはバイナリマスクと称される。半導体製造工程中、回路中ホトリソグラフィー工程により発生する最小寸法は通常縮減されうる。改善されたリソグラフィー技術は通常改良された解析度を提供でき、これは最小に縮減されえたサイズと、ホトマスク領域の間の空間にあって電磁輻射作用を提供する。リソグラフィーマスクの改良は通常位相シフト技術を含み、そのうちマスクのある開口或いはある部分が位相シフトされる。位相シフトマスク技術はマスクの製造工程上、レイアウト中のリソグラフィーの解析度を改善し、これにより現在マスクを製造する技術は、強位相シフトマスク技術を使用している。しかし、強位相シフトマスクの応用は不利ではなく、特に最もよい所は規則的で且つ重複性のパターンである。さらに、ダイ面積が不変でトランジスタの数量が増加すると、設計規則の緊縮によりマスク設計上、位相シフトマスクを導入できる十分な空間が得られなくなる。いずれにしても、伝統的な工程では、均一な露光強度を有する位相マスクを製造することは難しい。マスク製作の困難度以外に、最も主要な問題は位相シフト領域と非位相シフト領域の間の露光面強度の不均衡である。これは露光源がマスク地勢の散乱効果の影響を受け、且つ投射光がウエハ上で異なる透過強度を受けることになるためである。
【０００７】
以上の数々の原因を鑑み、後続工程の生産率と歩留りを高められる一種の新たな強位相シフトマスクの形成方法が必要とされている。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
本発明の目的は、位相シフトマスクの形成方法を提供して周知の位相シフトマスクの透過エネルギー量が不均一である現象を解決することにある。本発明は高透過減衰層（Ｈｉｇｈ Ｔｒａｎｓｍｉｓｓｉｏｎ Ａｔｔｅｎｕａｔｅｄ Ｌａｙｅｒ；ＨＴＡＬ）を形成することにより、非位相シフト領域の露光強度を下げる。これにより、位相シフト領域と非位相シフト領域の露光源がいずれも同時に同じ露光強度を獲得できるようにする。これにより、本発明は有効に工程上の歩留りを高めることができる。このほか、本発明の方法は伝統的な工程と相容し、ゆえに、本発明の方法は工程コストを減らし、経済上の効果に符合する目的を達成する。これにより、本発明の方法は簡易で且つディープサブミクロンの技術に適用可能である。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
請求項１の発明は、高透過減衰層をマスク基板上に形成し、不透光層を該高透過減衰層の上に形成し、第１位相領域に位置する該不透光層と該高透過減衰層の部分表面を透光材質の該マスク基板の内部の所定深度までエッチングし、位相シフト領域となし、第２位相領域に位置する該不透光層をエッチングして第２位相領域を該高透過減衰層の上に形成して非位相シフト領域となすホトリソグラフィー工程の位相シフトマスクの形成方法において、該高透過減衰層を利用し、露光源を非位相シフト領域にあっての強度と位相シフト領域にあっての強度を同じくすることを特徴とする、ホトリソグラフィー工程の位相シフトマスクの形成方法としている。
請求項２の発明は、請求項１に記載のホトリソグラフィー工程の位相シフトマスクの形成方法において、前記透光材質が石英とされたことを特徴とする、ホトリソグラフィー工程の位相シフトマスクの形成方法としている。
請求項３の発明は、請求項１に記載のホトリソグラフィー工程の位相シフトマスクの形成方法において、前記高透過減衰層の材料が高透過位相シフト材料とされたことを特徴とする、ホトリソグラフィー工程の位相シフトマスクの形成方法としている。
請求項４の発明は、請求項１に記載のホトリソグラフィー工程の位相シフトマスクの形成方法において、前記高透過減衰層の材料が、ＴａαＳｉβＯｘとされたことを特徴とする、ホトリソグラフィー工程の位相シフトマスクの形成方法としている。
請求項５の発明は、請求項１に記載のホトリソグラフィー工程の位相シフトマスクの形成方法において、前記所定深度が、以下の方程式、即ち、
Ｄ＝（Φ／２π）×〔λ／（ｎ−１）〕
で決定され、そのうち、Φは位相とされ、λは露光波長、ｎは材質屈折率とされることを特徴とする、ホトリソグラフィー工程の位相シフトマスクの形成方法としている。
【００１０】
【発明の実施の形態】
本発明は一種のホトリソグラフィー工程の位相シフトマスクの形成方法を提供し、本発明のある実施例によると、まずホトリソグラフィー工程に応用する基板を提供し、並びに高透過減衰層（ＨＴＡＬ）を基板上に形成する。それから不透光層を高透過減衰層（ＨＴＡＬ）の上に形成する。続いて、不透光層をエッチングして第１位相領域と第２位相領域を高透過減衰層（ＨＴＡＬ）にあって画定する。続いて、ホトレジスト層を第２位相領域と不透光層に形成し、並びに第１位相領域に位置する高透過減衰層（ＨＴＡＬ）の部分表面を露光させる。その後、位相シフト領域に位置する高透過減衰層（ＨＴＡＬ）の部分表面より基板内部の所定の深さまでエッチングする。最後に、ホトレジスト層を除去してエッチング領域に位相シフト領域を形成し、非エッチング領域に非位相シフト領域を形成する。これにより、露光強度が均一な位相シフトマスクを形成する。
【００１１】
【実施例】
図１は本発明の実施例を示し、該図に示されるように、本発明によると、まずホトリソグラフィー工程に応用する基板１００を提供する。該基板１００の材質は、透光材質、例えば、石英とされる。、並びに高透過減衰層（ＨＴＡＬ）１１０を基板１００上に形成する。高透過減衰層（ＨＴＡＬ）１１０の形成方法は、堆積工程、例えばＣＶＤとされ、且つ高透過減衰層（ＨＴＡＬ）１１０の材質は高透過位相シフト材料、例えばＴａαＳｉβＯｘとされる。そのうち、高透過減衰層（ＨＴＡＬ）１１０はその堆積時の成分百分率によりその透過率が調整される。続いて、不透光層１２０を高透過減衰層（ＨＴＡＬ）１１０の上に形成する。そのうち、不透光層１２０はクロム層を具えている。
【００１２】
図２に示されるように、本実施例中、第１ホトレジスト層１４０を不透光層１２０の上に形成し、並びに第１位相領域１５０Ａと第２位相領域１５０Ｂを画定する。その後、第１ホトレジスト層１４０をエッチングマスクとして第１エッチング工程１６０を実行し、並びに第１位相領域１５０Ａと第２位相領域１５０Ｂを高透過減衰層（ＨＴＡＬ）１１０の上に形成する。そのうち、第１エッチング工程１６０はさらにドライエッチング工程を含む。第１ホトレジスト層１４０を除去した後、第２ホトレジスト層１７０を第２位相領域１５０Ｂと不透光層１２０の上に形成し、並びに第１位相領域１５０Ａに位置する高透過減衰層（ＨＴＡＬ）１１０の部分表面を露光させる。これは図３に示されるとおりである。
【００１３】
図４に示されるように、本実施例中、第２ホトレジスト層１７０をエッチングマスクとして第２エッチング工程１８０を行い第１位相領域１５０Ａに位置する高透過減衰層（ＨＴＡＬ）１１０の部分表面から基板１００内部の所定の位相深度Ｄまでエッチングし、そのうち、位相深度Ｄは以下の方程式により決定する。
Ｄ＝（Φ／２π）×〔λ／（ｎ−１）〕
そのうち、Φは位相とされ、λは露光波長、ｎは材質屈折率とされる。且つ第２エッチング工程１８０はさらにドライエッチング工程を含む。最後に、第２ホトレジスト層１７０を除去して位相シフト領域１９０Ａを、例えば１８０度位相を以て第１位相領域１５０Ａ中に形成し、非位相シフト領域１９０Ｂを、例えば０度位相を以て第２位相領域１５０Ｂ中に形成する。これにより、露光強度が均一な位相マスクを形成し、これは図５に示されるとおりである。
【００１４】
【発明の効果】
本発明の実施例は、位相シフトマスクの製造方法を提供している。本発明によると、高透過位相シフト材料を非位相シフト領域に導入して強度を減衰させる中間層となしている。これにより、露光源が非位相シフト領域を通過する強度は減衰して露光源が位相シフト領域を通過する強度と同じくなる。これにより位相シフト領域と非位相シフト領域の露光源がいずれも同時に同じ露光強度を獲得する。これにより、本発明は有効に工程上の歩留りを向上できる。このほか、本発明の方法は伝統的な工程中に相容し、ゆえに本方法は工程コストを節約でき、経済上の収益に符合する目的を達成する。これにより、本発明の方法は簡単で且つディープサブミクロンの技術中に適用可能である。ディープサブミクロンの工程に対して、本方法は好ましい実施可能なホトリソグラフィー工程の位相シフトマスクの形成方法である。
【００１５】
当然、本発明はホトリソグラフィー工程に応用されるほか、任意の半導体工程に使用可能である。且つ、本発明は高透過減衰層（ＨＴＡＬ）を形成することにより、今まで未発展の位相シフトマスク方面に応用できる。
あきらかに、上述の実施例の記載に基づき、本発明は多くの修正と差異が可能である。これによりその引用請求項の範囲内で理解することが必要であり、上述の詳細な記載のほか、本発明は広くその他の実施例中で実行することができる。
【００１６】
以上は本発明の好ましい実施例の説明に過ぎず、本発明の請求範囲を限定するものではなく、その他の本発明が提示する精神下で完成される同じ効果を有する改変或いは修飾は、いずれも本発明の請求範囲に属するものとする。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施例によりホトリソグラフィー工程の位相シフトマスクを形成する断面構造表示図である。
【図２】本発明の実施例によりホトリソグラフィー工程の位相シフトマスクを形成する断面構造表示図である。
【図３】本発明の実施例によりホトリソグラフィー工程の位相シフトマスクを形成する断面構造表示図である。
【図４】本発明の実施例によりホトリソグラフィー工程の位相シフトマスクを形成する断面構造表示図である。
【図５】本発明の実施例によりホトリソグラフィー工程の位相シフトマスクを形成する断面構造表示図である。
【符号の説明】
１００ 基板
１１０ 高透過減衰層
１２０ 不透光層
１４０ 第１ホトレジスト層
１５０Ａ 第１位相領域
１５０Ｂ 第２位相領域
１６０ 第１エッチング工程
１７０ 第２ホトレジスト層
１８０ 第２エッチング工程
１９０Ａ 位相シフト領域
１９０Ｂ 非位相シフト領域

Claims (5)

1. 高透過減衰層をマスク基板上に形成し、不透光層を該高透過減衰層の上に形成し、第１位相領域に位置する該不透光層と該高透過減衰層の部分表面を透光材質の該マスク基板の内部の所定深度までエッチングし、位相シフト領域となし、第２位相領域に位置する該不透光層をエッチングして第２位相領域を該高透過減衰層の上に形成して非位相シフト領域となすホトリソグラフィー工程の位相シフトマスクの形成方法において、該高透過減衰層を利用し、露光源を非位相シフト領域にあっての強度と位相シフト領域にあっての強度を同じくすることを特徴とする、ホトリソグラフィー工程の位相シフトマスクの形成方法。
2. 請求項１に記載のホトリソグラフィー工程の位相シフトマスクの形成方法において、前記透光材質が石英とされたことを特徴とする、ホトリソグラフィー工程の位相シフトマスクの形成方法。
3. 請求項１に記載のホトリソグラフィー工程の位相シフトマスクの形成方法において、前記高透過減衰層の材料が高透過位相シフト材料とされたことを特徴とする、ホトリソグラフィー工程の位相シフトマスクの形成方法。
4. 請求項１に記載のホトリソグラフィー工程の位相シフトマスクの形成方法において、前記高透過減衰層の材料が、ＴａαＳｉβＯｘとされたことを特徴とする、ホトリソグラフィー工程の位相シフトマスクの形成方法。
5. 請求項１に記載のホトリソグラフィー工程の位相シフトマスクの形成方法において、前記所定深度が、以下の方程式、即ち、
   Ｄ＝（Φ／２π）×〔λ／（ｎ−１）〕
   で決定され、そのうち、Φは位相とされ、λは露光波長、ｎは材質屈折率とされることを特徴とする、ホトリソグラフィー工程の位相シフトマスクの形成方法。

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