JP2009533868A

JP2009533868A - 二重露光フォトリソグラフィ方法

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Publication number: JP2009533868A
Application number: JP2009505416A
Authority: JP
Inventors: ピータージェイマケルヘニー; ヨウジュアンビルリウ
Original assignee: Altera Corp
Current assignee: Altera Corp
Priority date: 2006-04-14
Filing date: 2007-04-04
Publication date: 2009-09-17
Also published as: WO2007120602A2; WO2007120602A3; US20070243492A1

Abstract

【課題】二重露光フォトリソグラフィ方法を提供する。
【解決手段】第１の高解像度パターンが、作業表面上の第１のフォトレジスト層に形成され、第１の層の一部分は除去されて、作業表面上にこのパターンを露出する。作業表面の露出部分と第１の層の残り部分とは、次に、第２のフォトレジスト層によって覆われる。第２のより低解像度のパターンが、次に第２の層に形成され、第２の層の一部分が除去され、第１のパターンの部分集合である第３のパターンを作業表面上に露出する。標準（非カスタム）マスクを使用して第１のパターンを形成することができ、一方、カスタムであるがより低解像度のマスクは、第２のパターンを形成するのに使用される。
【選択図】図１

Description

本発明は、二重露光フォトリソグラフィ方法に関する。本発明は、極めて高い解像度での作業表面の加工に特に有用である。本発明は、集積回路内の半導体基板の表面上に形成されたメタライゼーション層又はビアの加工に関連して以下に説明するが、本発明は、基板又は基板上のポリシリコンのような他の層の加工に使用することができると考えられる。

多くの種類の集積回路（ＩＣ）は、標準化された構造を含む。これらのＩＣは特定用途向け集積回路（ＡＳＩＣ）と呼ばれる。これらのＡＳＩＣとしては、予め設計された標準回路のライブラリから選択され、ＡＳＩＣ全体を形成するために独特な配列に互いに接続した様々な回路（又はセル）を含む標準セルＡＳＩＣと、特定の論理機能を達成するために選択的に相互接続した論理素子のアレイを含むプログラマブル論理デバイス（ＰＬＤ）と、プログラマブルスイッチによって相互接続可能な標準回路であるフィールド・プログラマブル・ゲート・アレイ（ＦＰＧＡ）とが挙げられる。標準セルＡＳＩＣ内のセルの間の接続は、ＡＳＩＣのメタライゼーション層及びビアに形成され、これらの接続は、これらの層を形成するために使用されるマスク上に指定される。結果として、各マスク層は、カスタマイズする必要があり、長期の設計サイクル及びかなりの非反復エンジニアリング（ＮＲＥ）コストが生じる。設計スペクトルの他方の側では、ＦＰＧＡの回路を相互接続するプログラマブルスイッチは、通常ＦＰＧＡの一部分である設定可能メモリ内に格納されたビットによって制御又は設定される。結果として、ＦＰＧＡを形成するために使用されるマスク層は、カスタマイズを必要とせず、その結果、開発がより迅速であり、かつＮＲＥコストがない。しかし、ＦＰＧＡは、同じタスクを達成する標準セルＡＳＩＣに比べて、より高いユニット価格及びより高い電力消費を通常有する。ＡＳＩＣに関する更に別の情報は、Ｍ．Ｊ．Ｓ．Ｓｍｉｔｈ著「特定用途向け集積回路」（Ａｄｄｉｓｏｎ−Ｗｅｓｌｅｙ、１９９７）に見出すことができる。

より最近の発展は、構造化ＡＳＩＣ又は構造化アレイ又はプラットフォームＡＳＩＣと様々に称される別の種類のＡＳＩＣである。構造化ＡＳＩＣは、標準セルＡＳＩＣに比べてより迅速な開発時間及び低いＮＲＥコストを提供し、高級ＦＰＧＡに比べて顕著に低いユニットコスト及び電力と、多くの場合により高い性能とを提供する。構造化ＡＳＩＣは、予備加工して予備検証されたメタライゼーションの基部層内にメモリ、位相ロックループ（ＰＬＬ）、クロックネットワーク、及び電力バスのような論理及びハード機能を組み込んでいる。従って、これらの層を形成するマスクは、各種の構造化ＡＳＩＣに使用される標準（すなわち、非カスタム）マスクであり、これらの設計に伴うＮＲＥコストは、多数のデバイスにわたって分散させることができる。構造化ＡＳＩＣは、重要な金属層を形成するごく僅かの高解像度マスクを用いてカスタマイズされる。一般的に、これらの高解像度マスクは、最小特徴部を形成するのに使用され、この特徴部は、それらが使用される技術ノードに対して形成することができる。

１つの種類の構造化ＡＳＩＣは、本発明の譲り受け人である「ＡｌｔｅｒａＣｏｒｐｏｒａｔｉｏｎ」によって供給される「ＨａｒｄＣｏｐｙ（登録商標）」構造化ＡＳＩＣである。「ＨａｒｄＣｏｐｙ（登録商標）」構造化ＡＳＩＣは、ＡＳＩＣの基部層内にＡｌｔｅｒａの「Ｓｔｒａｔｉｘ（登録商標）」ＦＰＧＡシリーズ（及び同等Ｉ／Ｏ）からのハード機能を組み込んでいる。

Ａｌｔｅｒａの「ＨａｒｄＣｏｐｙ（登録商標）」ＡＳＩＣのような構造化ＡＳＩＣは、開発を加速し、ＮＲＥコストを低減するのに使用されて成功している。１つの特に有利な設計工程は、プロトタイプ化のための９０ｎｍＦＰＧＡを使用する設計を検証し、次に、そのＦＰＧＡ検証済み設計を構造化ＡＳＩＣ内に移動させることである。この設計工程は、ＲｏＣｈａｗｌａによるいくつかの論文に説明されており、それらは、Ａｌｔｅｒａのウェブサイドで入手可能である。

この設計工程は、９０ｎｍ技術ノードを使用する設計に対してよく機能してきたが、６５ｎｍ技術ノードのようなより進歩した技術ノードに移行するとマスクコストが顕著に上昇する。特に、６５ｎｍ技術ノードのカスタム金属層に使用されるマスクのコストは、９０ｎｍ技術ノードのカスタム金属層に使用されるこうしたマスクのコストの２倍を超える。

Ｍ．Ｊ．Ｓ．Ｓｍｉｔｈ著「特定用途向け集積回路」（Ａｄｄｉｓｏｎ−Ｗｅｓｌｅｙ、１９９７）ＲｏＣｈａｗｌａ、論文、ＡｌｔｅｒａウェブサイドＳ．Ａ．Ｃａｍｐｂｅｌｌ著「微小電子製作の化学及び工学」、７章（Ｏｘｆｏｒｄ、２版、２００１）Ｊ．Ｄ．Ｐｌｕｍｍｅｒ他著「シリコンＶＬＳＩ技術」、５章（ＰｒｅｎｔｉｃｅＨａｌｌ、２０００）

本発明は、構造化ＡＳＩＣなどの製造におけるマスクのコストを低減する方法及び装置である。１対のマスク及び一部分の付加的な加工段階が、単一の高解像度マスク及び従来型加工の代わりに使用される。

本発明の例示的な実施形態では、第１のフォトレジスト層が、メタライゼーション又は誘電体の層のような作業表面上に形成される。フォトレジストは、次に、第１のマスクによって定められた特徴部を有するパターンで化学線に露光される。好ましくは、マスクは、極めて高い解像度のマスクであり、マスクによって定められる特徴部は、構造が形成されるフォトレジストの領域全体にわたって延びる規則的アレイの形態にある。

露光段階に引き続き、フォトレジストの一部分が選択的に除去されて、下に重なる作業表面の一部分を露出させる。

第２のフォトレジスト層が、次に、第１のフォトレジスト層上と作業表面上の露出パターン上とに形成される。第２のフォトレジスト層は、次に、第２のマスクによって定められる特徴部を有する第２のパターンで化学線に露光される。好ましくは、第２のマスクは、第１のマスクよりも低い解像度を有し、結果として第１のマスクよりもかなり廉価である。加えて、より低い解像度の露光は、高解像度露光よりも低い周波数での放射線を用いて行うことができ、かつ恐らくはより廉価な露光機器を用いて行うことができる。第２のマスクによって定められる特徴部は、第１のマスクによって定められる特徴部に整列している。

露光段階に引き続き、第２のフォトレジスト層の一部分が選択的に除去されて、下に重なる作業表面の一部分を露出させる。第２の層から除去されたフォトレジストの一部分は、第２のフォトレジスト層の一部分の除去が、作業表面上で以前に露出された第１のパターンの部分集合である作業表面上の第３のパターンを露出するように、以前の除去段階でフォトレジストが除去された領域である第１のフォトレジストの領域に整列させる。

更に、第２のフォトレジスト層の一部分を除去するのに使用された処理は、好ましくは、第２のフォトレジスト層のそれらの部分を除去し、一方で第１のフォトレジスト層を所定の位置に残す。結果として、作業表面上に露出された第３のパターンの特徴部は、第３のパターンがより低解像度の第２のマスクによって一部決められたにも関わらず、第１のパターンの特徴部の高解像度を有する。次に、作業表面の露出部分は、標準技術を用いて加工することができる。

本発明によれば、第１のマスクは、構造化ＡＳＩＣの形成に使用される標準マスクの１つであるのに対して、第２のマスクは、カスタムマスクの１つである。結果として、第１のマスクは、高解像度マスクであるが、そのＮＲＥコストを多数のデバイスにわたって分散させ、それによって製造されるデバイス当たりのマスクのコストを低減することができる。更に、第２のマスクは、特定デバイスのためにのみ設計されたカスタムマスクであるが、それは、第１のマスクのように高解像度であることは必要とされず、一部の場合には、かなり廉価である可能性がある。

本出願人の発明の特定の用途において、第１のマスクは、接続をメタライゼーション層又はビアのアレイによって行うことができると考えられる全ての位置で作業表面を露出させるのに使用することができ、第２のマスクは、接続が特定のデバイスにおいて必要とされる位置のみを露出させるために使用される。

本発明の代替的な実施形態では、フォトレジストの１つ又はそれよりも多くの層の代わりに、１つ又はそれよりも多くのハードマスクを使用することができる。

当業技術で公知のように、ポジ型及びネガ型フォトレジストを利用することができる。ポジ型フォトレジストは、化学線での露光の結果として現像液により可溶になり、一方、ネガ型フォトレジストは、化学線での露光の結果として可溶性が減少する。どの種類のフォトレジストが使用されたとしても、露光パターンがフォトレジストに形成され、公知の方法を用いてフォトレジスト層のより可溶な部分が除去される。ネガ型フォトレジストの使用は、両方の露光段階をフォトレジストの同じ層において順次的に行うことができ、それによって第２のフォトレジスト層を付加させる必要性を解消するという追加の利点を有する。そのような場合には、２つの露光は、有利な態様においては、異なる放射線周波数を用いて行われ、高解像度の露光は、より高い周波数で行われる。

本発明のこれら及び他の目的及び利点は、以下の「発明を実施するための最良の形態」でより容易に明白になるであろう。

当業技術で公知のように、メタライゼーションのいくつかの層は、半導体基板の表面上に積み重ねて形成される。下に重なる基板内に形成された回路を相互接続する導電性経路を形成するために、標準フォトリソグラフィ段階を用いてメタライゼーションの層内にパターンが形成される。アルミニウムメタライゼーションの１つの層を形成し加工するための一般的手順が図１に示されている。更なる詳細は、Ｓ．Ａ．Ｃａｍｐｂｅｌｌ著「微小電子製作の化学及び工学」、７章（Ｏｘｆｏｒｄ、２版、２００１）、及びＪ．Ｄ．Ｐｌｕｍｍｅｒ他著「シリコンＶＬＳＩ技術」、５章（ＰｒｅｎｔｉｃｅＨａｌｌ、２０００）のような半導体加工に関する多くの教科書に見出すことができる。

図１に示すように、段階１０で、金属の層が下に重なる表面上に形成される。段階２０で、均一なフォトレジスト層が金属層上に形成される。段階３０で、フォトレジストが、マスクによって定められた特徴部を有するパターンで化学線に露光される。露光段階に続き、段階４０で、下に重なる金属層の一部分を露出させるためにフォトレジストの一部分が選択的に除去される。当業技術で公知のように、異なる型のフォトレジストを利用することができ、ネガ型フォトレジストは、化学線での露光の結果として現像液への可溶性が落ち、ポジ型フォトレジストは、より可溶になる。どの種類のフォトレジストが使用されたとしても、露光パターンがフォトレジスト内に形成され、公知の方法を用いてフォトレジスト層のより可溶な部分が除去される。結果として、このパターンのネガ又はポジのいずれかがフォトレジスト層から除去され、下の金属層が露出される。段階５０で、次に、金属層の露出部分が除去され、それによってフォトレジストから金属層にパターンが転写される。段階６０で、フォトレジストが除去されて金属層内に形成されたパターンが残され、段階７０で、パターン化金属層上に絶縁層が形成される。段階８０で、絶縁層内の選択された場所にビアが形成され、パターン化金属層への電気的接続を提供する。この時点で、上述の段階を用いて、別の金属層を絶縁層の上に形成することができる。

構造化ＡＳＩＣの形成においては、この処理は、メモリ、ＰＬＬ、クロック、及び電力バスのような論理及びハード機能を提供するメタライゼーション層を形成するために標準（すなわち、非カスタム）マスクを用いて数回反復される。構造化ＡＳＩＣは、重要な金属層を形成する僅かな高解像度のカスタムマスクを用いて完成される。

当業技術で公知のように、最新の技術ノードは、ダマシン処理によって作られた銅メタライゼーションを使用する。銅メタライゼーションの形成において使用されるフォトリソグラフィ処理は、アルミニウムメタライゼーションの形成において使用されるものと同様であるが、ダマシン処理においては、作業表面は、誘電体層であってその中にマスクパターンがトレンチ又はビアとして転写され、それは、続いて電気メッキによって銅で充填される。

本発明は、加工段階の従来型手順を１つ又はそれよりも多くのメタライゼーションの層の形成において変更する。図２Ａは、例示的な実施形態の段階を表す流れ図である。図２Ｂは、この段階に関連する加工を表す図２Ａの段階に並行した一連の概略図を示している。段階１２０で、フォトレジスト２１０の第１の層が、メタライゼーション又は誘電体の層のような作業表面２００上に形成される。段階１３０で、次に、このフォトレジストが、図３Ａに示すマスク３００のような第１のマスクによって定められた特徴部を有するパターンで化学線に露光される。図３Ａに示すように、このマスクは、極めて高解像度のマスクであり、このマスクによって定められる特徴部は、構造が形成されるフォトレジストの領域全体にわたる規則的アレイの形態にある。従って、マスク３００は、標準又は非カスタムマスクである。フォトレジスト上に形成された放射線パターンの要素は、図２Ｂにおいてダッシュ記号２２０として表現されている。しかし、放射線は、好ましくは、肉眼では不可視の高周波数領域内にあり、ダッシュ記号２２０のパターンを形成するマスクは、ダッシュ記号の領域ではこの放射線に透明であり、他の全ての領域で不透明であることに注意されたい。

露光段階に引き続き、段階１４０で、下に重なる作業表面２００の一部分２０２を露出させるために、フォトレジストの一部分が選択的に除去される。当業技術で公知のように、ポジ型及びネガ型のフォトレジストを利用することができるが、図２Ｂは、ポジ型フォトレジスト及びポジ型マスクの使用を示している。どの種類のフォトレジストが使用されたとしても、露光パターンがフォトレジスト内に形成され、公知の方法を用いてフォトレジスト層のより可溶な部分が除去される。結果として、このパターンのネガ又はポジのいずれかがフォトレジスト層から除去され、下の作業表面上の第１の高解像度パターンが露出される。次に、フォトレジスト層２１０の残り部分がハードベークされ、それによってそれらは、その後の加工段階の影響を受けないようになる。

次に、段階１５０で、第２のフォトレジスト層２３０が、第１のフォトレジスト層２１０上及び作業表面上の露出パターン２０２上に形成される。段階１６０で、次に、第２のフォトレジスト層が、図３Ｂに示すマスク３１０のような第２のマスクによって定められた特徴部を有する第２のパターンで化学線に露光される。好ましくは、第２のマスクは、第１のマスクよりも低い解像度を有し、結果として、マスク３１０がカスタムマスクであるにも関わらず、かなり低コストである。有利な態様においては、段階１６０のより低解像度の露光は、段階１３０の高放射線露光よりも低い周波数でも行われ、より廉価な露光機器が使用される。第２のマスクによって定められた特徴部は、第１のマスクによって定められた特徴部に整列している。フォトレジスト上に形成された放射パターンの要素は、図２Ｂにおいてダッシュ記号２４０によって表現されている。ここでもまた、放射線は、通常は不可視であり、マスクは、ダッシュ記号２４０の領域でこの放射線に透明であり、他の全ての領域で不透明である。

露光段階に引き続き、段階１７０で、下に重なる作業表面の一部分２０４を露出させるために、第２のフォトレジスト層の一部分が選択的に除去される。ここでもまた、ポジ型又はネガ型フォトレジストを利用することができるが、図２Ｂは、ポジ型フォトレジスト及びポジ型マスクの使用を示している。図２Ｂの最下段の概略図に示すように、第２の層から除去されたフォトレジストの一部分は、第２のフォトレジスト層の一部分が、作業表面上に既に露出された第１のパターン２０２の部分集合である作業表面上の第３のパターン２０４を露出させるように、段階１４０でフォトレジストが除去された領域である第１のフォトレジストの領域に整列している。論理的には、第３のパターンは、第１及び第２の放射パターンの論理ＡＮＤである。

更に、第２のフォトレジスト層の一部分の除去に使用される処理は、好ましくは、第２のフォトレジスト層のそれらの部分を除去する一方で、第１のフォトレジスト層を所定位置に残す。結果として、作業表面上に露出された第３のパターンの特徴部は、第３のパターンがより低解像度の第２のマスクによって一部決められたにも関わらず、第１のパターンの特徴部の高解像度を有する。次に、作業表面の露出表面は、標準リソグラフィ加工技術を用いて加工することができる。例えば、作業表面がメタライゼーションの層である場合、メタライゼーションの一部分は、接続パターンを形成するために除去することができ、作業表面が誘電体である場合、誘電体の一部分は、除去された部分内の銅の電気メッキよりも前に除去することができる。

図３Ａ及び図３Ｂは、マスク３００及びマスク３１０、並びに作業表面２００上に形成されるパターンに対するそれらの関係を示している。簡略化のために、ダイ周囲領域内でマスクによって定められた特徴部は示されていないことに注意されたい。マスク３００は、例示的には、高等級の光学近接効果補正（ＯＰＣ）マスク及び／又は位相シフトマスク（ＰＳＭ）であり、これは、透明円形開口３０２を通過して円形領域の規則的アレイをフォトレジスト層２１０上に感光させる。マスク３００の他の領域全ては、露光段階の間で使用される放射線の周波数で不透明である。次に、フォトレジスト層２１０がこれらの円形領域内で除去され作業表面２００上に、円形領域２０２が露出される。マスク３１０は、例示的には、不透明領域３１２及び透明領域３１４を有する低等級のバイナリマスクであり、透明領域３１４の映像であるフォトレジスト層２３０領域上を露光させる。フォトレジスト層２３０の露光領域は、図３Ｂに表されるように既に露出された円形領域の一部分３０４に整列している。結果として、フォトレジスト層２３０の露光領域が段階１７０で除去された時、作業表面の既に露出された円形領域の一部分２０４のみが再度露出される。次に、これらの領域は、例えば、ビアを形成するなどの更に別の加工を受けることができる。

例えば、図３Ａ及び図３Ｂのマスクは、「ＡｌｔｅｒａＣｏｒｐｏｒａｔｉｏｎ」の「Ｈａｒｄｃｏｐｙ（登録商標）」構造化ＡＳＩＣ内の相互接続及びビアを形成するために使用することができる。このような用途においては、例示的には、高等級の光学近接効果補正（ＯＰＣ）マスク及び／又は位相シフトマスク（ＰＳＭ）であるマスク３００は、構造化ＡＳＩＣ内の作業表面上のその層内に作ることができると考えられるあらゆる接続を作るために使用することができる作業表面上のパターンを形成するのに使用される。次に、例示的には、低等級のバイナリマスクであるマスク３１０は、要求される特定の構造化ＡＳＩＣ内の作業表面のその層内に要求されるそれらの接続のみを作る作業表面上のパターンを形成するのに使用される。

本発明を実施するための代替方法においては、ハードマスクをフォトレジストの代わりに使用することができる。ハードマスクは、窒化珪素又は炭化珪素のような材料の層である。図４Ａは、１つのこうした代替的な実施形態の段階を表す流れ図である。図４Ｂは、この段階に関連する加工を表す図４Ａの段階に並行した一連の概略図を示している。段階５１０で、ハードマスク層４１０が、メタライゼーション又は誘電体の層である作業表面４００上に形成される。段階５２０で、第１のフォトレジスト層４２０が、ハードマスク４１０の上に形成される。段階５３０で、次に、このフォトレジストは、図３Ａに示すマスク３００のような第１のマスクによって定められた特徴部を有するパターンで化学線に露光される。図３Ａに示すように、このマスクは、極めて高解像度のマスクであり、このマスクによって定められる特徴部は、構造が形成されるフォトレジストの領域全体にわたる規則的アレイの形態にある。従って、マスク３００は、標準又は非カスタムマスクである。フォトレジスト上に形成された放射線パターンの要素は、図４Ｂにおいてダッシュ記号４３０として表現されている。しかし、放射線は、好ましくは、肉眼では不可視の高周波数領域内にあり、ダッシュ記号４３０のパターンを形成するマスクは、ダッシュ記号の領域ではこの放射線に透明であり、他の全ての領域で不透明であることに注意されたい。

露光段階に引き続き、段階５４０で、下に重なるハードマスク表面４１０の一部分４１２を露出させるために、フォトレジストの一部分が選択的に除去される。当業技術で公知のように、ポジ型及びネガ型のフォトレジストを利用することができるが、図４Ｂは、ポジ型フォトレジスト及びポジ型マスクの使用を示している。どの種類のフォトレジストが使用されたとしても、露光パターンがフォトレジスト内に形成され、公知の方法を用いてフォトレジスト層のより可溶な部分が除去される。結果として、このパターンのネガ又はポジのいずれかがフォトレジスト層から除去され、下の作業表面上の第１の高解像度パターンが露出される。段階５５０で、ハードマスク層の露出部分は、下に重なる作業表面４００の一部分４０２を露出するために除去される。例示的には、この除去は、エッチング処理によって行われる。

次に、段階５６０で、第２のフォトレジスト層４５０が、作業表面４００上の露出部分とハードマスク層４１０の残り部分との上に形成される。段階５７０で、次に、第２のフォトレジスト層が、図３Ｂに示すマスク３１０のような第２のマスクによって定められた特徴部を有する第２のパターンで化学線に露光される。好ましくは、第２のマスクは、第１のマスクよりも低い解像度を有し、結果として、マスク３１０がカスタムマスクであるにも関わらず、かなり低コストである。有利な態様においては、段階５７０のより低解像度の露光はまた、段階５３０の高解像度露光よりも低い周波数で行われ、より廉価な露光機器が使用される。第２のマスクによって定められた特徴部は、第１のマスクによって定められた特徴部に整列している。フォトレジスト上に形成された放射パターンの要素は、図４Ｂにおいてダッシュ記号４６０によって表現されている。ここでもまた、放射線は、通常は不可視であり、マスクは、ダッシュ記号４６０の領域でこの放射線に透明であり、他の全ての領域で不透明である。

露光段階に引き続き、段階５８０で、下に重なる作業表面の一部分４０４を露出させるために、第２のフォトレジスト層の一部分が選択的に除去される。ここでもまた、ポジ型又はネガ型フォトレジストを利用することができるが、図４Ｂは、ポジ型フォトレジスト及びポジ型マスクの使用を示している。図４Ｂに示すように、第２の層から除去されたフォトレジストの一部分は、露出部分４０４が、作業表面上に既に露出された第１のパターン４０２の部分集合である作業表面上の第３のパターンを形成するように、段階５５０で除去された第１のハードマスク層の領域に整列している。

結果として、作業表面上に露出された第３のパターンの特徴部は、第３のパターンがより低解像度の第２のマスクによって一部分判断されたにも関わらず、第１のパターンの特徴部の高解像度を有する。次に、作業表面の露出表面は、標準リソグラフィ加工技術を用いて加工することができる。

代替的に、ハードマスクのデュアルセットを使用することができる。図５Ａは、この代替的な実施形態の段階を表す流れ図である。図５Ｂは、この段階に関連する加工を表す図５Ａの段階に並行した一連の概略図を示している。段階７１０で、第１のハードマスク層６１０が、メタライゼーション又は誘電体の層である作業表面６００上に形成される。段階７２０で、第１のフォトレジスト層６１０が、ハードマスク層６１０上に形成される。段階７３０で、次に、このフォトレジストは、図３Ａに示すマスク３００のような第１のマスクによって定められた特徴部を有するパターンで化学線に露光される。図３Ａに示すように、このマスクは、極めて高解像度のマスクであり、このマスクによって定められる特徴部は、構造が形成されるフォトレジストの領域全体にわたる規則的アレイの形態にある。従って、マスク３００は、標準又は非カスタムマスクである。フォトレジスト上に形成された放射線パターンの要素は、図５Ｂにおいてダッシュ記号６３０として表現されている。しかし、放射線は、好ましくは、肉眼では不可視の高周波数領域内にあり、ダッシュ記号６３０のパターンを形成するマスクは、ダッシュ記号の領域ではこの放射線に透明であり、他の全ての領域で不透明であることに注意されたい。

露光段階に引き続き、段階７４０で、下に重なるハードマスク表面６１０の一部分６１２を露出させるために、フォトレジストの一部分が選択的に除去される。当業技術で公知のように、ポジ型及びネガ型のフォトレジストを利用することができるが、図５Ｂは、ポジ型フォトレジスト及びポジ型マスクの使用を示している。どの種類のフォトレジストが使用されたとしても、露光パターンがフォトレジスト内に形成され、公知の方法を用いてフォトレジスト層のより可溶な部分が除去される。結果として、このパターンのネガ又はポジのいずれかがフォトレジスト層から除去され、下の作業層上の第１の高解像度パターンが露出される。段階７５０で、ハードマスク層の露出部分は、下に重なる作業表面６００の一部分６０２を露出するために除去される。例示的に、この除去は、エッチング処理によって行われる。

段階７６０で、第２のハードマスク層６４０が、作業表面６００の露出部分と第１のハードマスク層の残り部分との上に形成される。第２のハードマスク層は、両方の層に適用される処理により、第１の層の顕著な除去なしに第２のハードマスク層を除去することができるように、第１のハードマスク層とは十分に異なるものである。一般的に、２つのハードマスク層は、異なる材料である。

段階７７０で、次に、第２のフォトレジスト層６５０が、第２のハードマスク層６４０上に形成される。段階７８０で、次に、第２のフォトレジスト層が、図３Ｂに示すマスク３１０のような第２のマスクによって定められた特徴部を有する第２のパターンで化学線に露光される。好ましくは、第２のマスクは、第１のマスクよりも低い解像度を有し、結果として、マスク３１０がカスタムマスクであるにも関わらず、かなり低コストである。有利な態様においては、段階５７０のより低解像度の露光は、段階５３０の高解像度光よりも低い周波数でも行われ、より廉価な露光機器が使用される。第２のマスクによって定められた特徴部は、第１のマスクによって定められた特徴部に整列している。フォトレジスト上に形成された放射パターンの要素は、図５Ｂにおいてダッシュ記号６６０によって表現されている。ここでもまた、放射線は、通常は不可視であり、マスクは、ダッシュ記号６６０の領域でこの放射線に透明であり、他の全ての領域で不透明である。

露光段階に引き続き、段階７９０で、下に重なる第２のハードマスク層６４０の一部分６４４を露出させるために、第２のフォトレジスト層の一部分が選択的に除去される。ここでもまた、ポジ型又はネガ型フォトレジストを利用することができる。図５Ｂに示すように、第２の層から除去されるフォトレジストの一部分は、段階７５０で除去された第１のハードマスク層の領域に整列している。

段階８００で、第２のハードマスク層の露出部分が、作業表面上に既に露出された第１のパターン６０２の部分集合である作業表面上の第３のパターン６０４を露出させることに関して除去される。例示的に、この除去は、エッチング処理によって行われ、この処理は、第２のハードマスク層のそれらの部分を除去し、一方で第１のハードマスク層を所定の位置に残す。結果として、作業表面上に露出された第３のパターンの特徴部は、第３のパターンがより低解像度の第２のマスクによって一部分判断されたにも関わらず、第１のパターンの特徴部の高解像度を有する。次に、作業表面の第３の部分は、標準リソグラフィ加工技術を用いて加工することができる。

本発明の更に別の実施形態では、ネガ型フォトレジストの単層が使用される。本発明の手順は、段階がフォトレジストの単層上で行われることを除いて、図２Ａ及び図２Ｂに関して説明したものと同様である。この処理においては、フォトレジストの層が、メタライゼーション又は誘電体の層のような作業表面上に最初に形成される。次に、このフォトレジストは、図３Ａに示されているマスク３００の相補体のような第１のマスクによって定められた特徴部を有するパターンで、このフォトレジストが感受性である第１の波長の化学線に露光される。図３Ａに示すように、このマスクは、極めて高解像度のマスクであり、このマスクによって定められる特徴部は、構造が形成されるフォトレジストの領域全体にわたる規則的アレイの形態にある。従って、マスク３００は、標準又は非カスタムマスクである。

次に、このフォトレジストは、図３Ｂに示されているマスク３１０の相補体のような第２のマスクによって定められた特徴部を有する第２のパターンで化学線に露光される。好ましくは、第２のマスクは、第１のマスクよりも低い解像度を有し、結果として、マスク３１０がカスタムマスクであるにも関わらず、第１のマスクよりもかなり廉価である。有利な態様においては、より低い解像度の露光はまた、高解像度露光よりも低い周波数でより廉価な露光装置を用いて行われる。第２のマスクによって定められる特徴部は、第１のマスクによって定められる特徴部に整列している。

２つの露光段階に引き続き、あらゆる露光段階の間に露光されなかったフォトレジストの部分は、下に重なる作業表面の一部分を露出するために選択的に除去される。結果として、いずれか又は両方の露光段階で露光されなかったフォトレジストの領域は、フォトレジスト層から除去され、下の作業表面上の第３の高解像度のパターンが露出される。論理的には、第３のパターンは、第１及び第２の放射パターンの論理ＯＲの補完であり、第１及び第２の放射パターンが、それぞれ、マスク３００及びマスク３１０の補完である時は、第３のパターンは、図２Ｂの第１及び第２の放射パターンの論理ＡＮＤである。

本発明を特定的な実施形態に関して説明したが、本発明の多くの変形を実施することができる。例えば、各種のフォトレジスト及び各種のマスク（異なるハードマスク材料又は異なる数のマスクなど）を本発明の実施において使用することができる。フォトレジストの２つの層が使用される時は、上層の一部分を除去する処理が所定位置に残る下層の部分に影響しないことを保証するように、材料を選択する際に注意すべきである。

従来技術においてメタライゼーションの層を加工する一連の段階を表す図である。本発明の例示的な実施形態における一連の段階を表す図である。本発明の例示的な実施形態における一連の段階を表す図である。本発明の実施において使用される第１のマスクを表す図である。本発明の実施において使用される第２のマスクを表す図である。本発明の第２の例示的な実施形態における一連の段階を表す図である。本発明の第２の例示的な実施形態における一連の段階を表す図である。本発明の第３の例示的な実施形態における一連の段階を表す図である。本発明の第３の例示的な実施形態における一連の段階を表す図である。

符号の説明

１０金属の層が下に重なる表面上に形成される段階
２０均一なフォトレジスト層が金属層上に形成される段階
３０フォトレジストが化学線に露光される段階

Claims

作業表面上に第１のフォトレジスト層を形成する段階と、
前記第１のフォトレジスト層を第１のフォトリソグラフィマスクによって定められた特徴部を有する第１のパターンで化学線に露出する段階と、
前記作業表面上の第１のパターンを露出するために、前記化学線によって形成された前記第１のフォトレジスト層の一部分を除去する段階と、
前記第１のフォトレジスト層上と前記作業表面上の前記露出パターン上とに第２のフォトレジスト層を形成する段階と、
第２のフォトリソグラフィマスクによって定められた特徴部を有し、かつ前記作業表面上の露出された前記第１のパターンに整列した第２のパターンで、前記第２のフォトレジスト層を化学線に露出する段階と、
前記作業表面上の第３のパターンを露出するために、前記化学線によって形成された前記第２のフォトレジスト層の一部分を除去する段階と、
前記第３のパターンを前記作業表面に転写する段階と、
を含み、
前記第１のフォトリソグラフィマスクは、構造化された特定用途向け集積回路（ＡＳＩＣ）の形成に使用される非カスタムマスクであり、前記第２のフォトリソグラフィマスクは、ＡＳＩＣの形成に使用されるカスタムマスクである、
ことを特徴とする二重露光フォトリソグラフィ方法。
前記第１のフォトリソグラフィマスクは、前記第２のフォトリソグラフィマスクよりも高い解像度を有することを特徴とする請求項１に記載のフォトリソグラフィ方法。
前記第１のフォトリソグラフィマスクは、位相シフトマスク又は光学近接効果補正マスクであることを特徴とする請求項１に記載のフォトリソグラフィ方法。
前記第２のフォトリソグラフィマスクは、バイナリマスクであることを特徴とする請求項１に記載のフォトリソグラフィ方法。
前記作業表面は、メタライゼーションの層であることを特徴とする請求項１に記載の方法。
前記作業表面は、誘電体層であり、前記第３のパターンを該作業表面に転写する前記段階は、該第３のパターンによって形成された該作業表面の一部分を除去する段階を含むことを特徴とする請求項１に記載の方法。
前記第２のフォトレジスト層をハードベークする段階を更に含むことを特徴とする請求項１に記載の方法。
作業表面上に第１のハードマスク層を形成する段階と、
前記第１のハードマスク層上に第１のフォトレジスト層を形成する段階と、
第１のフォトリソグラフィマスクによって形成された特徴部を有する第１のパターンで、前記第１のフォトレジスト層を化学線に露出する段階と、
前記第１のハードマスク層上の第１のパターンを露出するために、前記化学線によって形成された前記第１のフォトレジスト層の一部分を除去する段階と、
前記第１のハードマスク層の一部分を除去して、前記作業表面上の前記第１のパターンを露出する段階と、
前記第１のハードマスク層の残りの部分上及び前記作業表面の露出部分上に第２のフォトレジスト層を形成する段階と、
第２のフォトリソグラフィマスクによって定められた特徴部を有し、かつ前記作業表面上に露出された前記第１のパターンに整列した第２のパターンで、前記第２のフォトレジスト層を化学線に露出させる段階と、
前記作業表面上の第３のパターンを露出するために、前記化学線によって形成された前記第２のフォトレジスト層の一部分を除去する段階と、
前記作業表面に前記第３のパターンを転写する段階と、
を含むことを特徴とする二重露光フォトリソグラフィ方法。
前記第１のフォトリソグラフィマスクは、前記第２のフォトリソグラフィマスクよりも高い解像度を有することを特徴とする請求項８に記載のフォトリソグラフィ方法。
前記第１のフォトリソグラフィマスクは、位相シフトマスク又は光学近接効果補正マスクであることを特徴とする請求項８に記載のフォトリソグラフィ方法。
前記第２のフォトリソグラフィマスクは、バイナリマスクであることを特徴とする請求項８に記載のフォトリソグラフィ方法。
前記第１のフォトリソグラフィマスクは、構造化された特定用途向け集積回路（ＡＳＩＣ）の形成に使用される非カスタムマスクであり、前記第２のフォトリソグラフィマスクは、ＡＳＩＣの形成に使用されるカスタムマスクであることを特徴とする請求項８に記載の方法。
前記作業表面は、メタライゼーションの層であることを特徴とする請求項８に記載の方法。
前記作業表面は、誘電体層であり、前記第３のパターンを該作業表面に転写する前記段階は、該第３のパターンによって形成された該作業表面の一部分を除去する段階を含むことを特徴とする請求項８に記載の方法。
構造化された特定用途向け集積回路（ＡＳＩＣ）を形成する方法であって、
（ａ）第１の作業表面上に第１のフォトレジスト層を形成する段階、
（ｂ）前記第１のフォトレジスト層を第１のフォトリソグラフィマスクによって定められる特徴部を有する第１のパターンで化学線に露出する段階、
（ｃ）前記第１の作業表面上に第１のパターンを露出するために、前記化学線によって形成された前記第１のフォトレジスト層の一部分を除去する段階、
（ｄ）前記第１の作業表面に前記第１のパターンを転写する段階、
（ｅ）前記第１の作業表面上に第２の作業表面を形成する段階、
（ｆ）前記第２の作業表面上に第２のフォトレジスト層を形成する段階、
（ｇ）前記第２のフォトレジスト層を第２のフォトリソグラフィマスクによって定められる特徴部を有する第２のパターンで化学線に露出する段階、
（ｈ）前記第２の作業表面上に第２のパターンを露出するために、前記化学線によって形成された前記第２のフォトレジスト層の一部分を除去する段階、
（ｉ）前記第２のフォトレジスト層上と前記第２の作業表面上の前記露出パターン上とに第３のフォトレジスト層を形成する段階、
（ｊ）第３のフォトリソグラフィマスクによって定められた特徴部を有し、かつ前記第２の作業表面上に露出された前記第２のパターンに整列した第３のパターンで、前記第３のフォトレジスト層を化学線に露出する段階、
（ｋ）前記第２の作業表面上に第４のパターンを露出するために、前記化学線によって形成された前記第３のフォトレジスト層の一部分を除去する段階、及び
（ｌ）前記第２の作業表面に前記第４のパターンを転写する段階、
を含むことを特徴とする方法。
段階（ｂ）及び（ｆ）で使用される前記マスクは、非カスタムマスクであり、段階（ｉ）で使用される前記マスクは、カスタムマスクであることを特徴とする請求項１５に記載の方法。
前記第２のフォトリソグラフィマスクは、前記第３のフォトリソグラフィマスクよりも高い解像度を有することを特徴とする請求項１５に記載の方法。
前記第３のフォトリソグラフィマスクは、バイナリマスクであることを特徴とする請求項１５に記載の方法。
前記第２のフォトリソグラフィマスクは、位相シフトマスク又は光学近接効果補正マスクであることを特徴とする請求項１５に記載の方法。
段階（ａ）から（ｅ）は、前記第１の作業表面の上方に形成された少なくとも１つの付加的な作業表面に対して反復されることを特徴とする請求項１５に記載の方法。
各段階（ｂ）及び段階（ｆ）に使用される前記フォトリソグラフィマスクは、非カスタムマスクであることを特徴とする請求項２０に記載の方法。
作業表面上に第１のハードマスク層を形成する段階と、
前記第１のハードマスク層上に第１のフォトレジスト層を形成する段階と、
前記第１のフォトレジスト層を第１のフォトリソグラフィマスクによって定められた特徴部を有する第１のパターンで化学線に露出する段階と、
前記第１のハードマスク層上に第１のパターンを露出するために、前記化学線によって形成された前記第１のフォトレジスト層の一部分を除去する段階と、
前記第１のハードマスク層の一部分を除去して、前記作業表面上に前記第１のパターンを露出する段階と、
前記第１のハードマスク層の残りの部分上及び前記作業表面の露出部分上に第２のハードマスク層を形成する段階と、
前記第２のハードマスク層上に第２のフォトレジスト層を形成する段階と、
第２のフォトリソグラフィマスクによって定められた特徴部を有し、かつ前記作業表面上に露出された前記第１のパターンに整列した第２のパターンで、前記第２のフォトレジスト層を化学線に露出する段階と、
前記第２のハードマスク層上に第２のパターンを露出するために、前記化学線によって形成された前記第２のフォトレジスト層の一部分を除去する段階と、
前記第２のハードマスク層の一部分を除去して、前記作業表面上に第３のパターンを露出する段階と、
前記作業表面に前記第３のパターンを転写する段階と、
を含むことを特徴とする二重露光フォトリソグラフィ方法。
前記第１のフォトリソグラフィマスクは、前記第２のフォトリソグラフィマスクよりも高い解像度を有することを特徴とする請求項２２に記載のフォトリソグラフィ方法。
前記第１のフォトリソグラフィマスクは、位相シフトマスク又は光学近接効果補正マスクであることを特徴とする請求項２２に記載のフォトリソグラフィ方法。
前記第２のフォトリソグラフィマスクは、バイナリマスクであることを特徴とする請求項２２に記載のフォトリソグラフィ方法。
前記第１のフォトリソグラフィマスクは、構造化された特定用途向け集積回路（ＡＳＩＣ）の形成に使用される非カスタムマスクであり、前記第２のフォトリソグラフィマスクは、ＡＳＩＣの形成に使用されるカスタムマスクであることを特徴とする請求項２２に記載の方法。
前記作業表面は、メタライゼーションの層であることを特徴とする請求項２２に記載の方法。
前記作業表面は、誘電体層であり、前記第３のパターンを該作業表面に転写する前記段階は、該第３のパターンによって形成された該作業表面の一部分を除去する段階を含むことを特徴とする請求項２２に記載の方法。
半導体集積回路の製作に使用するための１組のフォトリソグラフィマスクであって、
少なくとも１つが高解像度マスクである複数の非カスタムマスクと、
前記高解像度マスクよりも低い解像度を有する少なくとも１つのカスタムマスクと、
を含むことを特徴とするマスク。
前記カスタムマスクは、バイナリマスクであることを特徴とする請求項２９に記載のフォトリソグラフィマスクの組。
前記高解像度マスクは、位相シフトマスク又は光学近接効果補正マスクであることを特徴とする請求項２９に記載のフォトリソグラフィマスクの組。
作業表面上にネガ型フォトレジストの層を形成する段階と、
前記フォトレジスト層を第１のフォトリソグラフィマスクによって定められた特徴部を有する第１のパターンで化学線に露出する段階と、
第２のフォトリソグラフィマスクによって定められた特徴部を有し、かつ前記第１のパターンに整列した第２のパターンで、前記フォトレジスト層を化学線に露出する段階と、
前記作業表面上に第３のパターンを露出させるために、前記第１又は第２のパターンで前記化学線によって露光されていない前記フォトレジスト層の一部分を除去する段階と、
前記作業表面に前記第３のパターンを転写する段階と、
を含み、
前記第１のフォトリソグラフィマスクは、構造化された特定用途向け集積回路（ＡＳＩＣ）の形成に使用される非カスタムマスクであり、前記第２のフォトリソグラフィマスクは、ＡＳＩＣの形成に使用されるカスタムマスクである、
ことを特徴とする二重露光フォトリソグラフィ方法。