JP2016502127A

JP2016502127A - 高段差斜面に基づくフォトリソグラフィ方法及びシステム

Info

Publication number: JP2016502127A
Application number: JP2015537124A
Authority: JP
Inventors: ジャラス
Original assignee: シーエスエムシーテクノロジーズエフエイビー１カンパニーリミテッド
Priority date: 2012-10-23
Filing date: 2013-09-03
Publication date: 2016-01-21
Also published as: CN103777468B; US20150227048A1; US10816903B2; US9939724B2; US20180188652A1; CN103777468A; WO2014063532A1

Abstract

高段差斜面に基づくフォトリソグラフィ方法及びシステムを提供する。本方法は、Ｓ１、基板上に高段差斜面を有する犠牲層を製造する段階、Ｓ２、スピン−オンＰＲコーティング処理を使用してフォトレジスト層で犠牲層を覆い、フォトリソグラフィ層を形成する段階、Ｓ３、マスク上にマスクパターン及び補償パターンを形成する段階、及びＳ４、フォトリソグラフィ機械によってフォトリソグラフィ層に対してフォトリソグラフィ処理を実行する段階を含む。犠牲層の基板に対してフォトリソグラフィを実施するためにマスク上に斜面−上部補償パターン及び斜面補償パターンを形成することにより、比較的広い補償パターンが、小さい厚みを有する斜面の上部の一部に設定され、それによって斜面の上部での過剰露光を補償し、フォトリソグラフィパターン内の誤差を低減し、かつ高段差斜面のフォトリソグラフィの精度を改善する。【選択図】図１

Description

本発明は、半導体技術に関し、より具体的には、高段差斜面に基づくフォトリソグラフィ方法及びシステムに関する。

ＭＥＭＳ表面可動構造の製造中には、多くの場合に、大きい厚みを有する犠牲層が製造される。犠牲層をエッチングする時に、エッチング形態は、可動層（ポリシリコン層のような）を堆積させる前にある一定の角度を有することが常に要求される。従来技術において、フォトリソグラフィ処理を斜面上に実行する時に、斜面は、スピン−オンＰＲコーティング後に比較的高いので（通常、高さは２μｍよりも高い）、斜面の上部及び斜面の底部のフォトレジストの厚みは、均一ではないことになり、フォトリソグラフィ処理中の斜面の底部に対するフォトリソグラフィエネルギは高く、これは、斜面の上部のパターンの過剰露光を導くことになる。

従って、上述の問題に対処し、高段差斜面に基づくフォトリソグラフィ方法及びシステムを提供することが必要である。

従って、本発明の開示の目的は、高段差斜面に基づく高精度フォトリソグラフィ方法及びシステムを提供することである。

本発明の開示の実施形態の目的を達成するために、以下の技術的解決法を提供する。

高段差斜面に基づくフォトリソグラフィ方法は、以下のものを含む。

Ｓ１、基板上に高段差斜面を有する犠牲層を製造する段階。

Ｓ２、スピン−オンＰＲコーティング処理を実行することによって犠牲層上にフォトレジスト層を被覆し、フォトリソグラフィ層を形成する段階。

Ｓ３、マスク上にマスクパターン及び補償パターンを形成する段階。マスクパターンは、斜面の上部、斜面、及び斜面の底部にわたって矩形であり、補償パターンは、斜面−上部補償パターン及び斜面補償パターンを含み、斜面−上部補償パターンは、斜面の上部に対応する矩形であり、矩形の長さは、斜面の幅に等しく、矩形の幅は、マスクパターンの幅よりも大きく、斜面補償パターンは、斜面に対応する複数の三角形を含み、斜面補償パターンは、マスクパターン及び斜面−上部補償パターンに近い。

Ｓ４、フォトリソグラフィ機械が、マスクを使用してフォトリソグラフィ層に対して１つ又はそれよりも多くのフォトリソグラフィ処理を実行する段階。

本発明の開示の更に別の改善として、斜面−上部補償パターン及びマスクパターンは、軸対称パターンであり、斜面−上部補償パターン及びマスクパターンは、斜面勾配の方向に沿って延びる同じ対称軸を使用し、斜面補償パターンは、４つの直角三角形を含む。

本発明の開示の更に別の改善として、斜面−上部補償パターンの幅対マスクパターンの幅の比率は、１．２：１から１：１の範囲である。

本発明の開示の更に別の改善として、斜面−上部補償パターンの幅対マスクパターンの幅の比率は、１．１：１である。

本発明の開示の更に別の改善として、高段差斜面の高さは、２μｍよりも高く、高段差斜面の角度は、４０°から６０°の範囲である。

本発明の開示の更に別の改善として、犠牲層は、ＴＥＯＳ又はＰＳＧで作られる。

本発明の開示の更に別の改善として、犠牲層の厚みは、５μｍよりも厚い。

高段差斜面に基づくフォトリソグラフィシステムは、以下のものを含む。

基板上に高段差斜面を有する犠牲層を製造するように構成された堆積ユニット。

スピン−オンＰＲコーティング処理を実行することによって犠牲層上にフォトレジスト層を被覆し、フォトリソグラフィ層を形成するように構成されたコーティングユニット。

フォトリソグラフィ層に対して１つ又はそれよりも多くのフォトリソグラフィ処理を実行するように構成されたフォトリソグラフィユニット。フォトリソグラフィユニットには、補償パターンの複数のマスクが設けられ、マスクは、マスクパターン及び補償パターンを含み、マスクパターンは、斜面の上部、斜面、及び斜面の底部にわたって矩形であり、補償パターンは、斜面−上部補償パターン及び斜面補償パターンを含み、斜面−上部補償パターンは、斜面の上部に対応する矩形であり、矩形の幅は、斜面の上部の幅に等しく、矩形の幅は、マスクパターンの幅よりも大きく、斜面補償パターンは、斜面に対応する複数の三角形を含み、斜面補償パターンは、マスクパターン及び斜面−上部補償パターンに近い。

本発明の開示の利点は、マスク上に斜面−上部補償パターン及び斜面補償パターンを形成することにより、フォトリソグラフィ処理が、高段差斜面を有する犠牲層の基板に対して実行され、広い補償パターンが、小さい厚みを有する斜面の上部の一部に対して形成されることである。斜面の上部に対する過剰露光は、補償することができ、フォトリソグラフィパターンの誤差は、低減することができ、高段差斜面のフォトリソグラフィ精度は、改善することができる。

添付図面を参照して本発明の技術的解決法を以下に明確かつ完全に説明する。説明する実施形態は、本発明の実施形態の全てではなく一部に過ぎないことは明らかである。当業者は、全てが本発明の範囲に含まれる他の実施形態を創造的な努力なしに本発明の実施形態に基づいて導出することができる。

一実施形態による高段差斜面に基づくフォトリソグラフィ方法の流れ図である。一実施形態によるスピン−オンＰＲコーティング後の斜面の上部及び底部上のフォトレジストの形態を示すＳＥＭ写真である。一実施形態による高段差斜面に基づくフォトリソグラフィ方法及びシステムのマスク補償パターンの概略図である。従来技術における補償パターンのマスクを使用しないフォトリソグラフィ処理後の犠牲層の形態を示すＳＥＭ写真である。補償パターンのマスクを使用したフォトリソグラフィ処理後の犠牲層の形態を示すＳＥＭ写真である。

高段差斜面に基づくフォトリソグラフィ方法は、以下の段階を含む。

Ｓ１、高段差斜面を有する犠牲層が、基板上に製造される。

Ｓ２、フォトレジスト層が、スピン−オンＰＲコーティングによって犠牲層上に被覆され、フォトリソグラフィ層を形成する。

Ｓ３、マスク上のマスクパターン及び補償パターンが形成され、マスクパターンは、斜面の上部、斜面、及び斜面の底部にわたって矩形である。補償パターンは、斜面−上部補償パターン及び斜面補償パターンを含む。斜面−上部補償パターンは、斜面の上部に対応する矩形であり、その長さは、斜面の上部の幅に等しく、その幅は、マスクパターンの幅よりも大きい。斜面補償パターンは、斜面に対応する複数の三角形を含み、それらは、マスクパターン及び斜面−上部補償パターンに近い。

Ｓ４、フォトリソグラフィ機械が、マスクを使用してフォトリソグラフィ層に対して１つ又はそれよりも多くのフォトリソグラフィ処理を実行する。

対応して、高段差斜面に基づくフォトリソグラフィシステムは、以下のものを含む。

高段差斜面を有する犠牲層を製造するように構成された堆積ユニット。

スピン−オンＰＲコーティングによって犠牲層上にフォトレジスト層を被覆し、フォトリソグラフィ層を形成するように構成されたコーティングユニット。

フォトリソグラフィ層に対して１つ又はそれよりも多くのフォトリソグラフィ処理を実行するように構成されたフォトリソグラフィユニット。フォトリソグラフィユニットは、複数の補償パターンを有するマスクを含む。マスクは、マスクパターン及び補償パターンを有する。マスクパターンは、斜面の上部、斜面、及び斜面の底部にわたって矩形である。補償パターンは、斜面−上部補償パターン及び斜面補償パターンを含む。斜面−上部補償パターンは、斜面の上部に対応する矩形であり、斜面−上部補償パターンの長さは、斜面の上部の幅に等しく、斜面−上部補償パターンの幅は、マスクパターンの幅よりも大きい。斜面補償パターンは、斜面に対応する複数の三角形を含み、斜面補償パターンは、マスクパターン及び斜面−上部補償パターンに近い。

高段差斜面に基づくフォトリソグラフィ方法及びシステムにおいて、斜面−上部補償パターン及び斜面補償パターンが、マスク上に形成され、フォトリソグラフィ処理が、高段差斜面を有する犠牲層の基板に対して実行され、広い補償パターンが、斜面の上部上の薄いフォトリソグラフィ層上に設定され、斜面の上部に対する過剰露光は、こうして補償され、フォトリソグラフィパターンの誤差は、低減することができ、高段差斜面のフォトリソグラフィ精度は、改善することができる。

添付図面を参照して本発明の技術的解決法を以下に明確かつ完全に説明する。説明する実施形態は、本発明の実施形態の全てではなく一部に過ぎないことは明らかである。本発明は、その実施形態及び本発明を実施するための最良のモードを参照して説明したが、添付の特許請求の範囲によって定められるように意図する本発明の範囲から逸脱することなく、様々な修正及び変更を行うことができることは当業者には明らかである。

図１を参照すると、高段差斜面に基づくフォトリソグラフィ方法は、以下のものを含む。

Ｓ１、高段差斜面を有する犠牲層が基板上に製造される。図示の実施形態において、高段差斜面の高さは、２μｍよりも高く、斜面の角度は、４０°から６０°の範囲である。犠牲層は、ＴＥＯＳ又はＰＳＧで作られ、犠牲層の厚みは、５μｍよりも大きい。

Ｓ２、フォトレジスト層が、スピン−オンＰＲコーティングによって犠牲層上に被覆されてフォトリソグラフィ層を形成する。

Ｓ３、マスクパターン及び補償パターンがマスク上に形成される。マスクパターンは、斜面の上部、斜面、及び斜面の底部にわたって矩形である。補償パターンは、斜面−上部補償パターン及び斜面補償パターンを含む。斜面−上部補償パターンは、斜面の上部に対応する矩形であり、矩形の長さは、斜面の上部の幅に等しく、矩形の幅は、マスクパターンの幅よりも大きい。斜面補償パターンは、斜面に対応する複数の三角形を含み、斜面補償パターンは、マスクパターン及び斜面−上部補償パターンに近い。斜面−上部補償パターンは、マスクパターンと同じ対称軸を有する。斜面−上部補償パターンの幅対マスクパターンの幅の比率は、１．２：１から１：１の範囲である。好ましくは、図示の実施形態において、斜面−上部補償パターンの幅対マスクパターンの幅の比率は、１．１：１である。斜面補償パターンは、４つの直角三角形を含む。

Ｓ４、フォトリソグラフィ機械が、フォトリソグラフィ層に対して１つ又はそれよりも多くのフォトリソグラフィ処理を実行する。

段階Ｓ２のスピン−オンＰＲコーティング方法は、以下のものを含む。

静的コーティング法：シリコンウェーハが静止しているときにレジストを垂らし、回転速度を上げてレジストを落とし、溶剤を揮発させる（元のフォトレジストの溶剤は、６５％〜８５％を占め、スピンコート後は１０％〜２０％を占める）。

動的コーティング法：ゆっくり回転（５００ｒｐｍ）させ、レジストを垂らし、回転速度を上げて（３０００ｒｍｐ）レジストを落とし、溶剤を揮発させる。

フォトレジストの厚みを決定する主要パラメータ：フォトレジストの粘性（粘性が低いほどフォトレジストは薄い）、スピン速度（スピン速度が速いほどフォトレジストは薄い。）

フォトレジストの均一性に影響を与えるパラメータ：回転加速度（回転加速度が大きいほどフォトレジストは均一になる）、また、フォトレジストの均一性は、回転加速度の時間に関連している。

３±０．３μｍ幅の線が、ＴＥＯＳで作られた６μｍ厚の斜面上に製造され、６μｍ厚のフォトレジストが、スピン−オンＰＲコーティング後に６μｍ厚の斜面上に被覆され、この形態は、図２のように示されており、ＳＥＭ倍率は１００００倍であり、斜面の上部上のフォトレジストの厚みは、１．７０μｍであり、斜面の底部上のフォトレジストの厚みは、６．４１μｍである。

マスクは、マスクが集積回路の特定の層のパターン情報を含有し、集積回路の各層の水平構造及びサイズがマスクによって決定されるので、集積回路を製作する時に非常に重要である。製造工程においてフォトリソグラフィ処理を実行する最低回数は、マスクの数によって決定される。

回路、デバイスの形状及びサイズ、及び集積回路の製作工程に従って決定される設計規則であるレイアウトは、マスクを製造する時に必要である。レイアウトは、コンピュータ支援設計によって設計されたマスクパターンである。

図示の実施形態におけるマスクパターンは、マスクの斜面の上部上及び斜面上のパターンを補償する複数の補償パターンを含み、斜面の上部上及び斜面上、並びに斜面の底部上のパターンの線幅は、同じになる。

図３を参照すると、マスクパターン１０及び補償パターンが、マスク上に形成される。マスクパターン１０は、斜面の上部、斜面、及び斜面の底部にわたって矩形である。補償パターンは、斜面−上部補償パターン２１及び斜面補償パターン２２を含む。斜面−上部補償パターン２１は、斜面の上部に対応する矩形であり、矩形の長さは、斜面の上部の幅に等しく、矩形の幅は、マスクパターン１０の幅よりも大きい。斜面補償パターン２２は、斜面に対応する複数の三角形を含む。斜面補償パターン２２は、マスクパターン１０及び斜面−上部補償パターン２０に近い。図示の実施形態において、斜面−上部補償パターン２１及びマスクパターン１０は、両方とも軸対称パターンであり、それらは、同じ対称軸を有する。斜面補償パターン２２は、斜面−上部補償パターン２１の上側部分及び下側部分上に位置付けられた４つの直角三角形を含む。

好ましくは、図示の実施形態における斜面は、実質的に平面であり、斜面補償パターン１２は、直角三角形である。他の実施形態において、斜面が曲面である場合に、斜面補償パターン１２は、直角三角形でない場合があり、斜面補償パターン１２の２つの辺が直角であり、他方の辺が曲線である。

マスクパターン及び補償パターンがマスク上に形成された後に、マスク上のパターンは、高段差斜面犠牲層を有する基板と位置合わせされ、基板が露光され、従って、パターンが複写される。

フォトリソグラフィ層に対して１つ又はそれよりも多くのフォトリソグラフィ処理を実行するように構成され、マスクパターンと補償パターンとを有するマスクを含むフォトリソグラフィユニット。

図３を参照すると、マスクパターン１０及び補償パターンが、マスク上に形成され、マスクパターン１０は、斜面の上部、斜面、及び斜面の底部にわたって矩形である。補償パターンは、斜面−上部補償パターン２１及び斜面補償パターン２２を含む。斜面−上部補償パターン２１は、斜面の上部に対応する矩形であり、矩形の長さは斜面の幅に等しく、矩形の幅は、マスクパターン１０の幅よりも大きい。斜面補償パターン２２は、斜面に対応する複数の三角形を含み、斜面補償パターン２２は、マスクパターン１０及び斜面−上部補償パターン２０に近い。図示の実施形態において、斜面−上部補償パターン２１及びマスクパターン１０は、同じ対称軸を有する。斜面補償パターン２２は、斜面−上部補償パターン２１の上側部分及び下側部分上に位置付けられた４つの直角三角形を含む。

好ましくは、図示の実施形態における斜面は、実質的に平面であり、斜面補償パターン２２は、直角三角形である。代替実施形態において、斜面が曲面である場合に、斜面補償パターンは、直角三角形でない場合があり、斜面補償パターンは、２つの辺が直角三角形であり、かつ他方の辺が曲線であるように設定することができる。

図４及び図５を参照すると、図４は、補償パターンを使用しないで露光した後の犠牲層の形態であり、図５は、補償パターンのマスクを使用して露光した後の犠牲層の形態である。

補償パターンは、図４を得る時は使用されず、斜面の上部上のフォトレジストの厚みは、斜面上及び斜面の底部上のフォトレジストの厚みよりも小さく、従って、斜面の上部は、過剰露光される場合があり、斜面も、ある程度過剰露光される場合があり、斜面の上部上のフォトリソグラフィ線幅は大きく、斜面の底部上のフォトリソグラフィ線幅は小さい。図４を参照すると、ＳＥＭ倍率は１２０００倍であり、斜面の上部及び斜面の底部が測定され、線幅は、それぞれ、３．８６μｍ、３．８１μｍ、２．５４μｍ、２．７１μｍ、及び３．２７μｍであり、線幅は、約１μｍの誤差を有し、これは、高精度フォトリソグラフィの要件を満たすことはできない。

補償パターンのマスクは、図５を得る時に露光するのに使用される。フォトレジストの厚みが小さい斜面の上部上には、広い補償パターンがマスク上に形成され、それを使用して過剰露光を補償することができる。図５を参照すると、ＳＥＭ倍率は１２０００倍であり、斜面の上部及び底部が測定され、その線幅は、それぞれ、３．１２μｍ、３．３９μｍ、３．０７μｍ、及び３．６６μｍであり、パターンの線幅は、約３．３μｍであり、線幅の誤差は、０．６μｍよりも小さく、これは、±０．３μｍの精度要件を満たす。

斜面−上部補償パターン及び斜面補償パターンが、マスク上に形成され、フォトリソグラフィ処理が、高段差斜面を有する犠牲層の基板に対して実行され、広い補償パターンが、小さい厚みを有する斜面の上部の一部上に形成される。斜面の上部上の過剰露光は、補償することができ、フォトリソグラフィパターンの誤差は、低減することができ、高段差斜面のフォトリソグラフィの精度は、改善することができる。

本発明は、その実施形態及び本発明を実施するための最良のモードを参照して説明したが、添付の特許請求の範囲によって定められるように意図する本発明の範囲から逸脱することなく、様々な修正及び変更を行うことができることは当業者に明らかである。

１０マスクパターン
２１斜面−上部補償パターン
２２斜面補償パターン

Claims

高段差斜面に基づくフォトリソグラフィ方法であって、
Ｓ１、基板上に高段差斜面を有する犠牲層を製造する段階、
Ｓ２、スピン−オンＰＲコーティング処理を実行することによって前記犠牲層上にフォトレジスト層を被覆し、フォトリソグラフィ層を形成する段階、
Ｓ３、マスク上にマスクパターン及び補償パターンを形成する段階であって、前記マスクパターンが、前記斜面の上部、前記斜面、及び前記斜面の底部にわたって矩形であり、前記補償パターンが、斜面−上部補償パターン及び斜面補償パターンを含み、前記斜面−上部補償パターンが、前記斜面の幅に等しい長さと前記マスクパターンの幅よりも大きい幅とを有する前記斜面の前記上部に対応する矩形であり、前記斜面補償パターンが、前記マスクパターンと前記斜面−上部補償パターンとに隣接する前記斜面に対応する複数の三角形を含む前記マスクパターン及び補償パターンを形成する段階、
Ｓ４、フォトリソグラフィ機械により、前記マスクを使用して前記フォトリソグラフィ層に対して１つ又はそれよりも多くのフォトリソグラフィ処理を実行する段階、
を含むことを特徴とする方法。
前記斜面−上部補償パターン及び前記マスクパターンは、軸対称パターンであり、前記斜面−上部補償パターン及び前記マスクパターンは、前記斜面の勾配の方向に沿って延びる同じ対称軸を共有し、前記斜面補償パターンは、４つの直角三角形を含むことを特徴とする請求項１に記載の方法。
前記斜面−上部補償パターンの幅対前記マスクパターンの幅の比率が、１．２：１から１：１の範囲であることを特徴とする請求項２に記載の方法。
前記斜面−上部補償パターンの幅対前記マスクパターンの幅の比率が、１．１：１であることを特徴とする請求項２に記載の方法。
前記高段差斜面の高さが、２μｍよりも高く、前記高段差斜面の角度が、４０°から６０°の範囲であることを特徴とする請求項１に記載の方法。
前記犠牲層は、ＴＥＯＳ又はＰＳＧで作られることを特徴とする請求項１に記載の方法。
前記犠牲層の厚みが、５μｍよりも大きいことを特徴とする請求項６に記載の方法。
高段差斜面に基づくフォトリソグラフィシステムであって、
基板上に高段差斜面を有する犠牲層を製造するように構成された堆積ユニットと、
スピン−オンＰＲコーティング処理を実行することによって前記犠牲層上にフォトレジスト層を被覆し、フォトリソグラフィ層を形成するように構成されたコーティングユニットと、
前記フォトリソグラフィ層に対して１つ又はそれよりも多くのフォトリソグラフィ処理を実行するように構成され、補償パターンの複数のマスクを含むフォトリソグラフィユニットであって、前記マスクが、マスクパターン及び補償パターンを含み、前記マスクパターンが、前記斜面の上部、前記斜面、及び前記斜面の底部にわたって矩形であり、前記補償パターンが、斜面−上部補償パターン及び斜面補償パターンを含み、前記斜面−上部補償パターンが、前記斜面の前記上部の幅に等しい前記矩形の長さと前記マスクパターンの幅よりも大きい幅とを有する前記斜面の前記上部に対応する矩形であり、前記斜面補償パターンが、前記マスクパターンと前記斜面−上部補償パターンとに隣接する前記斜面に対応する複数の三角形を含む前記フォトリソグラフィユニットと、
を含むことを特徴とするフォトリソグラフィシステム。