JP3699933B2 - 交互性位相マスク - Google Patents

Description

本発明は、請求項１の前提構成による位相マスクに関するものである。
【０００１】
このような位相マスクは、フォトリソグラフィー工程の際、集積回路を製造するために、とくに集積回路の配線を行うための導線路（Leitbahn）を製造するために用いられる。
【０００２】
このような導線路は、通常、絶縁層に組み込まれている。なお、この絶縁層は、集積回路に含まれている基板上に接しているか、または、基板上の金属層の内部（Zwischenlagerung）に位置している。このような基板は、通常、シリコン層からなり、それに対して絶縁層は酸化物層から、好ましくはシリコン酸化物からなる。
【０００３】
絶縁層に導線路を製造するために、１つまたは複数の領域に延びる溝およびコンタクトホールが組み込まれる。また、このために、エッチング工程、とくにプラズマエッチング工程を用いることが好ましい。
【０００４】
この溝およびコンタクトホールを絶縁層に組み込むために、溝および／またはコンタクトホールに適したホールパターン（Lochmuster）を有するレジストマスクが、絶縁層上に塗布される。コンタクトホールおよび／または溝を、絶縁層の複数領域に組み込むために、通常、多段式工程においてもまた、複数のレジストマスクが連続して塗布される。
【０００５】
レジストマスクに位置する適切な開口部を介して、個々の溝およびコンタクトホールが所定の深さにエッチングされる。その後、レジストマスクが絶縁層から取り除かれる。続いて、導線路を製造するために、金属が溝および／またはコンタクトホールとなって析出される。
【０００６】
レジストマスクは、よく知られたフォトリソグラフィー工程を用いて、絶縁層上で製造される。まず第１に、絶縁層上に、放射感度の高いレジスト層が塗布される。原型またはそのようなものを備えることによって、このレジスト層は、放射（Strahlung）、とくに光線を、所定の場所に照射される（beaufschlagen）。その後、適切な現像液（Entwickler）の中で、単にレジスト層の露光域か、あるいは非露光域が取り除かれる。前者はいわゆるポジ型レジスト、後者はネガ型レジストである。このようにして生成されたホールパターンを有するレジスト層は、後続のエッチング工程用のレジストマスクを形成する。
【０００７】
露光工程では、ビーム（Strahlen）、とくに光線は、所定のホールパターンにしたがって、レジスト層の表面にできるだけ正確に照射（abbilden）されることになっている。また、この場合、フォトレジスト膜における露光域および非露光域から急転移を達成するのと同じく、可能な限り優れた分解能が求められる。
【０００８】
また、放射光源（Strahlungsquelle）から、レンズを介して、レジスト層が位置する像（Bildebene）に放射を集束するように、露光される。この像では、塗布されたレジスト層を上に備える個々の基板は、放射光源から放射されたビームのビーム光路（Strahlengang）において、ステッパを用いて位置が決まる（postionieren）。
【０００９】
露光の際に、放射はマスクを通して行われる。また、マスクの構造によって、特定の露光パターンを設定できる。マスクは、通常、２成分からなるマスクとして、たとえばクロムマスクの形態で形成されている。このようなクロムマスクは、好ましくはグラス層によって形成されている透過領域と、クロム層によって形成されている非透過層との交互性構造を備えている。
【００１０】
レジスト層上の露光領域と非露光領域とのコントラストを高めるために、クロムマスクの代わりに、位相マスクを用いる。
【００１１】
このような位相マスクは、特にハーフトーン位相マスクとして形成されている。このようなハーフトーン位相マスクの場合、不透過層は、典型的には透過率（Transmission）６％の部分透過層によって置き換えられる。この層の厚みは、通過する放射が１８０°の位相差（Phasenhub）を受けるように、形成されている。
【００１２】
また、位相マスクを、交互性位相マスクとしても形成できる。このような交互性位相マスクは、クロム層によって分離されて互いに１８０°の位相のずれを有し、隣り合う各透過領域を、備えている。すなわち、透過領域を通過する放射は、隣り合う透過領域を通る放射に対して１８０°の位相のずれがある。
【００１３】
たとえばクロム膜（Chromsteg）のようなクロム層が、距離をおいて互いに平行に延びて配置されているとき、このような交互性の位相マスクを用いて、とくに、正確でコントラストの明確な光学転写（optische Abbildung）を維持できる。透過領域は、クロム膜間に延びて０°と１８０°との交互性位相を有する膜を、同様に形成する。
【００１４】
しかし、分割されてクロム膜として形成された不透過区画（opake Segmente）を有する位相マスクを形成することが、問題である。特に、２つの各クロム膜によって、１つのＴ型構造が形成される。このようなＴ字型構造では、第２クロム膜が、第１クロム膜の長辺側に差し込まれている（ausmuenden）ので、第１クロム膜は２つの部分区画（Teilsegmente）に分割される。クロム膜を取り囲む透過領域は、とくに長方形の平面区画（Flaechensegmente）として形成できる。そのために、平面区画の縦横の長さは、境を接する不透過区画またはその部分の長さである。また、１つの不透過区画に対して向き合うそれぞれ２つの平面区画が、１８０°ずれた位相を有するように、この透過平面区画を配置することが好ましい。しかし、常に、１８０°ずれた位相を有し、互いに直接境を接する２つの平面区画が残る。この平面区画の境界線で、位相マスクを通過する光線は、干渉効果（Interferenzeffekte）によって消されてしまうので、それによって、レジスト層上の適切な位置で、非露光域が維持されることになる。
【００１５】
このことが、第２露光工程を引き起こす。なお、この工程では、この区域が後から露光されることになる。これによって、処理速度が予想以上に遅くなり（Bearbeitungsschritt）、それに伴って時間およびコストがかかりすぎる結果となる。
【００１６】
ＵＳ５，８４０，４４７から、異なる位相を有する透過平面区画が備えられた位相マスクが、知られている。異なる位相を有する２つの平面区画の境界線に沿って、周期的なサブ波長構造（Sub-Wellenlaengen-Struktur）が備えられている。このサブ波長構造は、境を接する２つの平面区画と同じ物質でできた、交互性の薄膜からなる。平面区画から別の平面区画へと転移するとき、屈折率は、このサブ波長構造によって、ほぼ連続的に変化する。このようにして、平面区画間の境界線を通る光線が干渉によって消されてしまうということが、回避される。
【００１７】
ＵＳ５，６３５，３１６から、０°または１８０°の位相を有する複数の透過平面区画を備える位相マスクが、知られている。異なる位相を有する２つの平面区画間の境界線を通る光線は、干渉効果によって消されてしまう。平面区画およびそれから生じる境界線構造が適切な構造をしていることによって、非露光線の統一されている網（geschlossenes Netzwerk）が維持される。第２方法措置（Verfahrensschritt）では、第２マスクを用いて、非露光線が部分的に後から露光される（Nachbelichtung）。
【００１８】
本発明の目的は、コントラストが高くて転写の質の高い分割された構造が、転写可能であるように、初めに述べたような方法を用いた交互性位相マスクを形成することである。
【００１９】
この目的を解決するために、請求項１の特徴が示されている。また、有効な実施形態および実用的な新形態については、従属請求項に記述している。
【００２０】
本発明による交互性位相マスクは、少なくとも２つの不透過区画を備えている。また、第１区画は、第２区画の長辺側（Laengsseite）に差し込まれていて（ausmuenden）、第１区画は、差し込み部から、２つの部分区画に分割されている。
【００２１】
部分区画および第２区画の両側に、その全長に沿って、１８０°±△α（△αは最大２５°）の位相のずれを有する２つの透過平面区画が、それぞれ配置されている。
【００２２】
上記差し込み部と向かい合う第１区画の長辺側で、１８０±△αずれた位相を有し、互いに向かい合って配置される平面区画は、少なくとも１つの透過平面境界区画（transparentes Flaechengrenzsegment）によって分離されている。この透過平面境界区画の位相は、隣り合う平面区画の位相間にある。この平面境界区画の位相は、隣り合う平面区画の位相の算術平均値に相当することが好ましい。このように形成されている平面境界区画によって、隣り合う平面区画間の境界領域を通る放射の負干渉（negative Interferenz）が、回避される。したがって、この境界領域では、放射は消されないので、これにより、レジスト層の適切な領域が露光されるのである。
【００２３】
したがって、フォトレジスト層におけるこれらの領域が、後からの露光を削除できるので、レジストマスクを所望の構造に製造するためのまた別の露光工程は、必要なくなる。
【００２４】
この平面境界区画を、材料費または経費が高くつくことなく、交互性位相マスクに組み込むことができる。
【００２５】
また、本発明による位相マスクを用いて、転写システムの光学パラメータの幅広いパラメータ領域でコントラストの大きい転写が行われることが、有効である。特に、位相マスクを通る放射が集束しないときも、コントラストの大きいもう１つの転写が行われるのである。
【００２６】
次に、本発明を図に基づいて詳述する。図１は、本発明による第１実施形態における位相マスクの断面を示す図である。図２は、図１の位相マスクを含む、レジスト層上の露光構造を示す図である。図３は、本発明による第２実施形態における位相マスクの断面を示す図である。図４は、図３の位相マスクを含む、レジスト層上の露光構造を示す図である。
【００２７】
図１は、集積回路を製造するためにフォトリソグラフィー工程を行う場合、感光層を露光するための、第１実施形態における位相マスク１の断面を示している。
【００２８】
感光層は、特に、たとえば絶縁層に塗布されるレジスト層として、構成される。この絶縁層は、集積回路を含む基板上に直接位置し、または、その金属層の内部に位置している（unter Zwischenlagerung）。基板はシリコンからなることが好ましい。また、絶縁層は、シリコン酸化物からなることが好ましい。この絶縁層には、導線路が組み込まれている。導線路を所定のパターンにしたがって製造するために、溝およびコンタクトホールがエッチングされ、続いて、そこに金属が析出される。
【００２９】
この溝およびコンタクトホールは、エッチング工程によって、好ましくはプラズマエッチング工程によって、絶縁層に組み込まれる。このために、絶縁層上に位置するレジスト層から、しかるべきホールパターンである溝およびコンタクトホールを備えた少なくとも１つのレジストマスクが、製造される。この溝およびコンタクトホールは、レジストマスクのホールを介してエッチングされることによって、組み込まれるのである。
【００３０】
フォトリソグラフィー工程を用いて、レジスト層からレジストマスクが製造される。このために、レジスト層は所定の層に対して露光され、その後成長する。この成長段階で、レジスト層がポジ型レジストかネガ型レジストかによって、レジスト層の露光領域または非露光領域が除去される。
この露光工程を実施するために、放射を発する放射光源が備えられている。この放射は、レンズによってレジスト層に集束される。その際、レンズの焦点位置が放射の光路上になるよう、ステッパを用いてそれぞれの層を露光する。レンズの前には、位相マスク１が備えられている。
【００３１】
本実施形態においては、レーザーによって形成され、放射としてのコヒーレントなレーザー光線を放射する放射光源が設定される。
【００３２】
図１には、本発明による交互性位相マスク１の実施形態の断面が示されており、その断面には、２つの不透過区画が備えられている。この不透過区画は、クロム膜２、３として構成されている。このクロム膜２、３は、透過性の土台（Untergrund）４（たとえばガラス盤から形成されている）上に塗布されている薄膜から形成されている。このクロム膜２、３の断面は、長手の伸びた長方形の形をしている。
【００３３】
第２クロム膜３が、第１クロム膜２の長辺側に対して直角に差し込まれているので、２つのクロム膜２・３は、Ｔ字型構造になっている。また、第２クロム膜３の差し込み部（Ausmuendung）によって、第１クロム膜２は、２つの部分区画２ａ・２ｂに分割される。Ｔ型構造の大きさＧは、およそＧ＝０．３・λ／ＮＡである。また、λは、露光の際に用いられるレーザー光線の波長であり、ＮＡは、光学転写システムのアパーチャ数である。
【００３４】
クロム膜２・３と境を接しているのは、これらと共にほぼ正方形の構造を形成する、全部で４つの透過平面区画５ａ・５ｂである。また、平面区画５ａ・５ｂは、第１クロム膜２の部分区画２ａ・２ｂと、または、第２クロム膜３と、互いに向きあって隣り合うように配置されている。
【００３５】
また、平面区画５ａまたは５ｂの側面長さは、第１クロム膜２の部分区画２ａ・２ｂの長さ、および、平面区画５ａまたは５ｂの各側面が隣り合う第２クロム膜３の長さに相当する。
【００３６】
また、平面区画５ａ・５ｂは、異なる位相を有している。各位相を有する平面区画５ａ・５ｂは、好ましくは、その領域で土台４を形成しているガラス板が適度な深さにエッチングされることによって製造される。
【００３７】
また、互いに向きあう２つの平面区画５ａ・５ｂのそれぞれが１８０°±△αの位相のずれを有するように、平面区画５ａ・５ｂの位相を選択する。この角度のずれ△αは、最大でおよそ△α＝２５°である。図に示した実施形態の場合、△α＝０°である。
【００３８】
図１に示した実施形態の場合、平面区画５ａの２つは、１８０°の位相をそれぞれ有している。つまり、レーザー光線が通過するとき、レーザー光線は１８０°の位相差を受けることになる。
【００３９】
これに対して、他の２つの平面区画５ｂは、土台４の位相と同一の、０°の位相をそれぞれ有している。
【００４０】
図１から明らかなように、下方の２つの平面区画５ａ・５ｂは、クロム層とそれぞれ境を接していて、２つの側面をそれぞれ有する。しかし、上方の２つの平面区画５ａ・５ｂは、それらの間にクロム層が配置されておらず、互いに向き合っていて、１つの側面をそれぞれ有する。
【００４１】
本発明により、この２つの平面区画５ａ・５ｂの間には、透過平面区画６が備えられている。この平面境界区画６は長方形の断面を有し、直線に沿って延びている。なお、この直線に沿って、第２クロム膜３も延びている。平面境界区画６の幅は、第２クロム膜３の幅にも相当する。平面境界区画６の長さは、隣り合う平面区画５ａ・５ｂの側面長さに相当する。
【００４２】
平面境界区画６の位相差は、隣り合う平面区画５ａ・５ｂの位相の間にある。平面境界区画６の位相は、好ましくは、隣り合う平面区画５ａ・５ｂの位相の算術平均値に相当する。
【００４３】
本実施形態では、平面区画５ａ・５ｂの位相は、それぞれ、０°または１８０°なので、平面境界区画６の位相は、９０°である。あるいはそれに替わるものとして、位相を９０°＋ｎ・１８０°（ｎは正の整数）とすることもできる。
【００４４】
交互性の位相マスク１が、このように形成されている構造を構成する。この場合、不透過なクロム層によって分離され、それぞれが近接した透過平面区画５ａ・５ｂが、１８０°の位相のずれを有する。
【００４５】
この平面境界区画６によって、平面区画５ａ・５ｂが、第２クロム膜３の差し込み部と向かい合う第１クロム膜２の長辺側に対して、互いに向かい合う（互いに隣り合ってるのではなく）ことが、回避される。だから、平面境界区画６を間に配置することによって、逐次起こる１８０°の相変化（Phasensprung）が回避され、平面境界区画６の境界線に、それぞれ９０°の相変化のみが発生する。このようにして、この平面区画５ａ・５ｂ間の境界で起こる干渉効果によってレーザー光線が消されてしまうことが、回避されるのである。これにより、この領域でも、各レジスト構造が露光される。
【００４６】
図２は、図１による交互性位相マスク１によって得られる、レジスト層の放射パターンを示した概略図である。明るい領域は、露光部分を示している。暗い領域は、非露光部分を示している。図２から、本発明による位相マスク１を用いて、コントラストが非常に高い転写を行いうるということが、明らかである。クロム区画のＴ型構造は、非露光域として、露光周辺域から明らかにくっきりと際立つ（abheben）。とくに、平面境界区画６の領域においても、レジスト層の露光は非常に強い。
【００４７】
Ｔ型構造の上部エッジの中心領域にのみ、非露光領域の小さな舌型隆起（Auswoelbung）７が広がっている。この位置で非露光域が拡大するかどうかは、第２クロム膜３の端に接する第１クロム膜２の断面が拡大するか次第である。
【００４８】
図３は、本発明の第２実施形態における位相マスク１を示している。この位相マスク１の構造は、図１の位相マスク１の構造と基本的に一致する。
【００４９】
図１の位相マスク１と対比して、図３の位相マスク１は、９０°および２７０°の位相を有する平面区画５ａ・５ｂを備えているということである。なおこの位相は、個々のクロム層をはさんで交互に配置されている。平面境界区画６は、９０°および２７０°の位相を有する平面区画５ａ・５ｂ間に位置し、土台４と同じ０°の位相を有している。
【００５０】
図１の位相マスクとのさらなる違いは、図３の位相マスク１では、第１クロム膜２が、そのＴ型構造の上部エッジとして形成されている長辺側に、窪み（Einbuchtung）８を備えているということである。この窪み８は、第１クロム膜２の長辺側で、第２クロム膜３の端に対して向きあって配置されている。なお、窪み８の幅は、第２クロム膜３の幅と同じである。
【００５１】
図４は、図３の交互性位相マスク１によって得られる、レジスト層の露光パターンを示した概略図である。この露光パターンは、図２の露光パターンとほぼ一致する。
【００５２】
上記露光パターンの唯一の違いは、不透過区画のＴ型構造によって生成された非露光域の上面に位置する図１による位相マスク１の第１クロム膜２にある窪み８によって、今や、舌型隆起７が存在しないということにある。
【００５３】
本実施形態では、平面境界区画６は、均一の位相を有する透過域からなる。原則的に、平面境界区画６を、異なる位相を有するいくつかの域に分割することもできる。また、この位相が連続的に変化できるという特殊な事例もある。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明による第１実施形態における位相マスクの断面を示す図である。
【図２】 図１の位相マスクを含む、レジスト層上の露光構造を示す図である。
【図３】 本発明による第２実施形態における位相マスクの断面を示す図である。
【図４】 図３の位相マスクを含む、レジスト層上の露光構造を示す図である。

Claims (14)

1. 互いに位相がずれた透過平面区画（５ａ、５ｂ）から構成されるＴ型構造、および隣り合う平面区画（５ａ、５ｂ）の位相間の位相を示す平面境界区画（６）を含み、フォトリソグラフィー法によって感光層を露光するための、交互性位相マスクにおいて、
   上記位相マスクが、少なくとも２つの不透過区画（２、３）を備え、不透過区画（２）の長辺側に第２不透過区画（３）が差し込まれていて、上記第１不透過区画（２）は、差し込み部から２つの不透過部分区画（２ａ，２ｂ）に分割されていて、
   上記部分区画（２ａ、２ｂ）および第２不透過区画（３）の両側に、その全長に沿って、１８０°±△α（△αは最大２５°）の位相のずれを有する２つの透過平面区画（５ａ、５ｂ）がそれぞれ配置されており、
   上記差し込み部と向かい合う第１区画（２）の長辺側で、１８０°±△αの位相のずれを有し、向かい合って配置される上記透過平面区画（５ａ、５ｂ）が、少なくとも１つの透過平面境界区画（６）によって分離されていて、
   上記平面境界区画（６）が、長手に伸びた長方形の形をしており、上記平面境界区画（６）の幅が、第２不透過区画（３）の幅に相当することを特徴とする交互性位相マスク。
2. 上記第１および第２不透過区画（２、３）は集まってＴ型構造を形成することを特徴とする、請求項１に記載の交互性位相マスク。
3. 上記第１不透過区画（２）が、第２不透過区画（３）の上記差し込み部と向かい合う側面に、上記差し込み部の長さに沿って広がる窪み（８）を有することを特徴とする、請求項２に記載の交互性位相マスク。
4. 上記第１および上記第２不透過区画が、クロム膜（２、３）として形成されていることを特徴とする、請求項１から３のいずれかに記載の交互性位相マスク。
5. △α＝０°であることを特徴とする、請求項１から４のいずれかに記載の交互性位相マスク。
6. 上記平面境界区画（６）が、隣り合う平面区画（５ａ、５ｂ）の境界平面に対して横に、位相が異なる部分区画に分割されることを特徴とする、請求項１から５のいずれかに記載の交互性位相マスク。
7. 上記平面境界区画（６）が、均一の位相を有することを特徴とする、請求項１から５のいずれかに記載の交互性位相マスク。
8. 上記透過平面区画（５ａ、５ｂ）が、長方形の断面を有することを特徴とする、請求項２から７のいずれかに記載の交互性位相マスク。
9. 上記透過平面区画（５ａ、５ｂ）の長さおよび幅が、隣り合う区画または部分区画（２ａ、２ｂ）の長さであることを特徴とする、請求項８に記載の交互性位相マスク。
10. 上記透過平面区画（５ａ、５ｂ）が、０°または１８０°の位相を有することを特徴とする、請求項５から９のいずれかに記載の交互性位相マスク。
11. 上記平面境界区画（６）が、９０°の位相を有することを特徴とする、請求項１０に記載の交互性位相マスク。
12. 上記透過平面区画（５ａ、５ｂ）が、９０°または２７０°の位相を有することを特徴 とする、請求項５から１１のいずれかに記載の交互性位相マスク。
13. 上記平面境界区画（６）が、０°の位相を有することを特徴とする、請求項１２に記載の交互性位相マスク。
14. 上記平面境界区画（６）の長さが、隣り合う透過平面区画（５ａ、５ｂ）の長さに相当することを特徴とする、請求項１に記載の交互性位相マスク。

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