JP5878105B2 - フォトリソグラフィマスク、それを用いた方法、およびそれを用いて製造された物品 - Google Patents

Description

発明の詳細な説明
概要
ここに記載されているさまざまな実施例は一般に、クロムが入っていない位相変位リソグラフィを用いてフィーチャの形成を容易にする方法、システムおよび装置に向けられている。一実施例において、方法はフォトリソグラフィマスク上に細長い、クロムが入っていない架橋フィーチャの形成に係り、架橋フィーチャのエッチング深さは、フォトリソグラフィマスクを通るエネルギに対して１８０度を超える公称位相差を引起す。対応するフォトレジストフィーチャはこの架橋フィーチャを用いて形成される。

別の実施例において、フォトリソグラフィマスクは、細長い、クロムが入っていない架橋フィーチャを含み、架橋フィーチャのエッチング深さはフォトリソグラフィマスクを通るエネルギに対して１８０度を超える公称位相差を引起す。このエネルギは、架橋フィーチャに基づいて対応するフォトレジストフィーチャを形成するために用いられる。

別の実施例において、製造物品は、フォトリソグラフィマスクの細長い、クロムが入っていない架橋フィーチャ上を介して、製造物品上に対応するフォトレジストフィーチャを形成することを含むプロセスによって用意される。架橋フィーチャは、フォトリソグラフィマスクを通るエネルギに対して１８０度を超える公称位相差を引起すエッチング深さを有して形成される。架橋フォトレジストフィーチャの幅は３０ｎｍおよび５０ｎｍの間であり、架橋フォトレジストフィーチャのスパンは、架橋フォトレジストフィーチャの幅よりも少なくとも１０倍大きい。

上記および他の特徴ならびにさまざまな実施例の局面は、以下の詳細な説明および添付図面に照らして理解される。

以降の説明は以下の図面を参照し、同じ参照番号は複数の図面において同様の／同じコンポーネントを示すために用いられる。

例示的実施例に係るフォトレジストフィーチャの上から見た／平面図である。 例示的実施例に係るマスクの上から見た／平面図である。 図１Ｂに示されるマスクの切断線Ｃ−Ｃに対応する断面図である。 図１Ｂに示されるマスクの切断線Ｄ−Ｄに対応する断面図である。 例示的実施例に従い、異なるエッチ深さを用いて形成されたフォトレジストフィーチャの一連のシミュレーション結果を示す図である。 図２に示されるようなシミュレーションの結果のグラフ図である。 図２および図３に示されるシミュレーションに類似した、実験による結果のグラフ図である。 例示的実施例に係るプロシージャを示すフローチャート図である。 例示的実施例に係るフォトレジストフィーチャのスパンの湾曲に対するエッチング深さの影響の分析を示すグラフ図である。

詳細な説明
本明細書は一般に、フォトリソグラフィを用いる製造技術およびプロセスに関する。たとえば、以下に記載されるさまざまな実施例は、クロムが入っていないフォトリソグラフィマスクを用いて微細フォトレジストフィーチャを形成することに関する。フォトリソグラフィは、一般に基板上に積層される薄膜からなる微細コンポーネント（たとえば電気回路、光学コンポーネント）を製造するために用いられるプロセスの一部である。これらのプロセスは、蒸着と、次にフォトレジスト材の層で形成された幾何学的形状パターンに基づき薄膜（または基板自体）の部分を選択的に取除くことに係わる。

フォトリソグラフィプロセスにおいて、電磁エネルギ（たとえば光）はマスク／レチクルを通って所望のパターンでフォトレジスト層の部分を露光する。露光されたフォトレジストは化学処理（たとえば「現像」）されて、露光されたフォトレジストの領域を取除く。別の場合には、露光されていない領域が、現像剤によって取除かれ得る。どちらの場合でも、もたらされる表面は、現像されたフォトレジストによって形成されたパターンを有し、その表面はさらなる処理を受けることができる。たとえば、エッチングを施して、表面の露光領域がエッチングされ、フォトレジストによって覆われている領域は影響を受けない。

フォトリソグラフィは一般に集積電子回路の製造に関連する。フォトリソグラフィは集積電気回路と同様の態様で、基板上に形成される光学コンポーネント（たとえば、レーザ、導波路、レンズ、鏡、コリメータなど）を含む集積光学を製造する際にも用いることができる。ただし、材料および形状は、所望の電気的特徴の代わりにまたは所望の電気的特徴に加えて、所望の光学特性を有するよう選択される。

過去数十年の間、より密度の高い集積装置を作成する要求により、多くの場合「最小フィーチャサイズ」または「限界寸法」（ＣＤ）と呼ばれる、より小さい個別のフィーチャサイズを形成するよう、フォトリソグラフィプロセスへの変更が必要となった。このＣＤは式ＣＤ＝ｋ_l＊λ／ＮＡによって近似され、ここでｋ_lはプロセス特有係数であり、λは与えられた光／エネルギの波長であり、ＮＡはウェーハから見た光学レンズの開口数である。

小さいフィーチャについて、使用可能な画像をウェーハに投影する能力は、波長λと、照射マスクから十分な回折次数を捉えるための投影光学の能力と、ｋ_lによって表わされる製造上の特定変数とによって制限される。バイナリフォトマスク（石英のような透明な基板上に重ねられた、クロムのような不透明な材料のパターン）が、特定のサイズおよび／または形状である場合、投影された画像のエッジでの明暗間での遷移は、目標のフォトレジストフィーチャを正しく形成するために十分に鮮明に規定されていないかもしれない。これは、レジストプロフィールの品質の低下などをもたらす。その結果、サイズが１５０ｎｍ以下のフィーチャは、ウェーハの画像品質を高めるために位相変位を用いる、たとえばレジストプロフィールを向上させるためにフィーチャのエッジを鮮明にする必要があるかもしれない。

位相変位はマスク／レチクルを通るエネルギの一部の相を選択的に変えることに係わり、それにより位相変位エネルギが加法または減法されてウェーハの表面においてエネルギは位相変位されない。マスクフィーチャの形、位置および位相変位角を注意深く制御することにより、もたらされるフォトレジストパターンはより正確に規定されたエッジを有することができる。このような位相変位はいくつかの方法によって得ることができる。たとえば、減衰位相変位として知られるプロセスは、不透過性材料の層を用いて、その材料を通る光の位相を、マスクの透明な部分を通る光と比べて変化させる。別の技法は交互位相変位として知られており、透明なマスク材（たとえば石英）が異なる深さにエッチングされる。異なる深さを通る光に所望の相対的位相変位を引起すよう、深さを選択することができる。

交互位相変位マスクは、位相変位フィーチャと組み合わせて不透明パターンを用いて形成することができる。別の場合では、「クロムが入っていない」位相変位マスクとして知られているものは、フィーチャを規定するのに位相変位フィーチャのみを用いる。クロムが入っていないマスクは、全体のマスクに対してクロムや他の不透明なフィーチャの使用を排除し得るが、本明細書では「クロムが入っていないマスク」の用語は、少なくともフォトレジストフィーチャを規定するのに位相変位のみに依拠する特定のフィーチャまたはマスク内のフィーチャの組を定義することが意図されている。このような場合、クロムが入っていないマスクは、不透明／バイナリフィーチャを他で、位相変位フィーチャを有してまたは有さずに、用いることができる。

図１Ａを参照すると、例示的フォトレジストフィーチャ１００が示され、以下でより詳細に説明するマスクを通ってウェーハ上に光が照射されることによって所望な形を有する。フォトレジストフィーチャ１００は一般に第１および第２のアンカー１０２を有し、ここの例では三角形状を有する。ブリッジ１０４は一般に細長く、アンカー１０２の中心点から走る直線である。これらフィーチャ１０２および１０４は、特定の寸法および位置を有して、対象領域１０６に材料が生成されることを確実にする。フォトレジストフィーチャ１００の作成および処理（たとえば、露光、現像、エッチング）の後、対象領域１０６の外のフィーチャ１００の部分は、たとえば、化学機械研磨／平坦化（ＣＭＰ）のようなプロセスによって、後で除去することができる。

一例において、この対象領域１０６はハードドライブリーダの一般に矩形の磁気抵抗スタックを規定し得る。しかし、フィーチャ１００のようなフォトレジストフィーチャは、どのような関連する電気コンポーネントまたは光学コンポーネントを形成するのにも用いることができる。たとえば、従来の熱補助型記録読出／書込ヘッドの光学的または電気的コンポーネントは、フィーチャ１００およびその部分に類似したフィーチャを用いて形成することができ、これは書込ポール、シールド、導波路、近接場トランスデューサ、鏡、コリメータ、ヒータなどを含む。

以下に記載される実施例において、ブリッジ１０４のターゲットスパン長さは０．５０μｍであり、対象領域のＣＤはおよそ５０ｎｍ（たとえば、３０ｎｍから６０ｎｍの間）にある。したがって、ブリッジのスパンは、スパンの幅よりも１桁（たとえば、１０倍以上）大きい。これら寸法の桁は、ここに記載されている概念に何らかの関連性があるかもしれないが、ここに記載されている実施例は、特に言わない限り、これらの値／範囲に限定されるものではない。

図１Ｂにおいて、上から見た／平面図は、図１Ａに示されるフィーチャ１００を作成するのに使用可能なマスク１１０を示す。アンカー１０２は、マスク１１０上のアンカーフィーチャ１１６によって形成される。架橋フィーチャ１０４は、領域１１２および１１４間の移行部１１５によって形成される。アンカーフィーチャ１１６は領域１１２と１１４との間の位相変位移行にともなって不透明なオーバーレイ（たとえばクロム）を用いることはできるが、少なくとも架橋移行部１１５はクロムを含まない。例示的実施例に従うマスク１１０の断面Ｃ−ＣおよびＤ−Ｄは、それぞれ図１Ｃおよび図１Ｄに示される。

図１Ｃに示されるように、フィーチャ１１６はクロム層によって規定され、移行部１１５の一方エッジはこの場所においてフィーチャ１１６の一部を形成し得る。図１Ｄに見られるように、移行部１１５の中央に沿って（たとえば、対象領域１０６において、またはその近くに）重畳するクロムはなく、移行部１１５のみがフォトレジストフィーチャ１００のブリッジ１０４を形成する。図１Ｄからわかるように、それぞれの部分１１２および１１４の厚さ１１８および１２０は、深さ１２１によるエッチングにより、異なる。この深さの違い１２１により、部分１１２を透過する光１２４は、部分１１４を透過する光１２６に対して、位相変位１２２される。位相変位１２２の量は、これら寸法１１８および１２０の相対サイズを変えることにより、調整することができる。

名目上クロムが入っていない、１８０度の位相変位１２２を作成すること、たとえば、フォトレジストに形成されるフィーチャに対して最も高い解像度向上を提供することは、最も有利であると一般に考えられている。しかし、この考えは大規模な製造環境においてフォトレジストフィーチャを作成する場合に、係わる他のファクタを考慮に入れないかもしれない。たとえば、フォトリソグラフィプロセスで用いられるすべてのコンポーネントは何らかの公差を伴う。したがって、たとえばマスク１１０が上記のような公称寸法１１８および１２０で形成されたとしても、この公称寸法は何らかの変動を、フィーチャ１００の部分において、およびマスク１１０上の他の同様の特徴の両方において予期される。

本明細書において、フォトレジストプロセスによって起こり得るＣＤの変動を減少させるマスク１１０の構成が記載される。これらの変動は、ＣＤの３シグマ（３σ）偏差として表示され得る。一般に、３σ変動において、もたらされるＣＤ変動は正規分布され、形成されるフィーチャのうち約９９．７３％は、ＣＤ変動値によってずれないと推測される。ターゲットの変動値は、変動測定が係わる特定のプロセスまたはプロダクトに依存して異なり得る（たとえば６σ）。ここに記載されている特定の３σ変動は、ハードドライブ読出／書込ヘッドコンポーネントの製造に適用可能である例として示されるが、位相変位フォトリソグラフィを用いて製造される他のプロダクトにも適用可能である。

上記のように、光学リソグラフィでの限界寸法は３つのパラメータの関数として、ＣＤ＝ｋ_l＊λ／ＮＡで表わすことができる。さらに、ＣＤの変動、たとえば同じおよび／または異なるウェーハ上に、同じパターンを用いて形成される等価のフィーチャ間の差を、減らすことが望ましい。ＣＤの変動を減らす１つの方法は、ＣＤ自体を減少させることである。特定の製造プロセスにおいて、λ／ＮＡ係数は相対的に固定され得る。このような場合、ＣＤ誤差を減少させることは、たとえば次世代のリソグラフィツールを投入することにより、ｋ_l値を減少させることに係わり得る。しかし、これらのツールは購入するのに数千万ドル掛かり、設置、トレーニングなどのためにさらなる費用も掛かる。その結果、既存のリソグラフィツールを用いて製造公差を減らす動機がある。たとえば、図１Ａに示されるようなフィーチャ１００を形成する際、ＣＤの３σ変動は、公称１８０度の位相変位１２２を用いると、３．５ｎｍであると見積もられる。しかし、この公称位相変位の量を変えることにより、３σ変動は大幅に、たとえば１８６．４度の公称位相変位を用いて約０．５ｎｍに、減少させることがわかった。

エッチング深さを計算するために、以下の光路式［１］を用いることができる。±４度の公差を有する１８０度の位相変位に基づき、深さの公差を有する最終のエッチング深さは以下の式［２］に示されるように、計算することができる。この式において、マスクは石英（ＳｉＯ₂）であり、波長λは１９３ｎｍであるとする。

さらに、式［２］に基づき、本例での位相差は、Δφ（deg）＝１．０５＊ｄ（ｎｍ）と表現することができる。リソグラフィシミュレーションソフトウェアの助けにより、さまざまなエッチング深さをシミュレートし、比較することができる。これらのシミュレーション結果の例は図２に示され、ここではパターン２０２−２０９を作成するのに用いられたマスクの現物の上に重畳されるシミュレーションによってもたらされるいくつかのフォトレジストパターン２０２−２０９が含まれる。ここに示されるように、異なるエッチング深さに対するパターン２０２−２０９の架橋部分の大きさの最小の変化は、約１８０−１９０ｎｍ当たりで起こり、これは約１８９−１９９度の位相変位に対応する。一部のエッチング深さ（たとえば、例２０２、２０３および２０９におけるそれぞれ１４０ｎｍ、１５０ｎｍおよび２１０ｎｍの深さ）では、架橋フィーチャは全く出来ていない、またはほぼ出来ているにすぎないことがわかる。さらに、シミュレーションされたフォトリソグラフィフィーチャは、マスクフィーチャに対してオフセットを示す。図２の例示的実施例では、エッチング深さが増加すると、中央のオフセットは右から左に移動する。

図３のグラフ３００は、図２に示されるような多くのシミュレーションの結果をまとめている。範囲３０２は、現行の見積もりエッチング深さ公差（±４°）を表わし、これは公称エッチング深さが約１７１ｎｍ（約１８０度）である場合に、前記架橋フィーチャ１０４ではＣＤの変動３０４（３．５ｎｍ）をもたらす。範囲３０６は３０２の大きさ（深さ公差±４°）と類似しているが、１８６．４度の公称位相変位を中心としており、これは約０．５４ｎｍという著しくより小さいＣＤ偏差３０８をもたらす。

図４のグラフは、ここに記載されている例示的実施例に従って形成されたフォトリソグラフィフィーチャの実験結果を示す。このグラフは、図２および図３に見られるシミュレーションされた結果のパラメータを用いて実施されたフィーチャに基づいて集められた実験上のデータを反映する。図２および図３のシミュレーションは、１８６．４度の公称位相変位の使用を示唆している。実験に基づく結果はわずかにずれており、１８４．６度の公称位相変位の使用を示唆する。これはシミュレーションされた結果と十分に相互関連し、さらにシミュレーションされた結果と実験結果との間では、１８３および１８７度の間の公称位相変位が所望の効果をもたらす。他のパラメータ、たとえばスパン長さ、スパン幅、マスクおよびフォトレジスト材、露光波長などに依存して、１８０から１９０度の間のより広い位相変位範囲を適用することもできる。

クロムが入っていない位相変位リソグラフィを用いた上記のフォトレジストフィーチャを作成する際に見られる１つのアーティファクトは、架橋フィーチャの湾曲である。図１Ａを再度参照すると、架橋フィーチャ１０４は対象領域１０６近くの中央において横断湾曲（または「スパン湾曲」）を被る。これは、少なくとも部分的にアンカーフィーチャ１１６によって引起される光学的干渉による。これはこの領域１０６内におけるフィーチャ１０４の正しい配置に悪影響を与え、さらにフィーチャ１０４の形状および／または寸法に悪影響を与え得る。如何にマスクエッチング深さ１２１がスパン湾曲に影響を与えるかについての分析が行なわれ、この分析の結果は図６のグラフに示される。

図６のグラフに見られるように、架橋フィーチャのスパン湾曲（アンカーフィーチャ間の中央線からずれている距離によって測定）は、エッチング深さが増加するにつれ直線的に減少する。このグラフで示されるフィーチャのＣＤは、約１８０ｎｍのエッチング深さに対して最小の変動を示し、これはこの種の石英マスクおよびエッチングプロセスに対して約１８９度に対応し、これは上記の発見に対応する。その結果、マスク位相の増加は、架橋フィーチャにおけるスパン湾曲を減少させる。

図５を参照すると、フローチャートでは例示的実施例に係る、クロムが入っていない位相変位リソグラフィを用いて架橋フィーチャを形成するプロシージャ５００が示される。プロシージャは、フォトリソグラフィマスクを通るエネルギに対して１８０度を超える公称位相差を引起すエッチング深さを有して、細長い、クロムが入っていない、架橋フィーチャをフォトリソグラフィマスク上に形成すること５０２に係わる。プロシージャは、フォトリソグラフィマスク上に第１および第２のアンカーフィーチャを形成すること５０４に任意に係わり、架橋フィーチャは第１および第２のアンカーフィーチャ間に延在する。対応するフォトレジストフィーチャは、架橋フィーチャを用いて形成５０６される。

上記の例示的実施例の説明は、図示および説明のために提示されており、本発明を開示されているそのままの形に限定または制限するものではない。多くの変更および変形が、上記の教示に照らして可能である。開示されている実施例の特徴のいずれかまたはすべては、個々に、または組み合わせて適用可能であり、限定の意図はなく、純粋に例示的なものである。本発明の範囲は、詳細な説明に限定されるのではなく、添付の請求項によって定められることが意図される。

Claims (18)

1. 方法であって、
   フォトリソグラフィマスクを通るエネルギに対して１８０度を超える公称位相差を引起すエッチング深さを有する、細長い、クロムが入っていない架橋フィーチャをフォトリソグラフィマスクに形成することと、
   前記架橋フィーチャを用いて対応するフォトレジストフィーチャを形成することを備える、方法。
2. 前記公称位相差は、前記対応するフォトレジストフィーチャの寸法的変動を最小にするよう選択される、請求項１に記載の方法。
3. 前記公称位相差は、前記対応するフォトレジストフィーチャのスパン湾曲を最小にするよう選択される、請求項１に記載の方法。
4. 前記公称位相差は、１８０度を超え１９０度以下である、請求項１から請求項３のいずれか１項に記載の方法。
5. 前記フォトリソグラフィマスクに第１および第２のアンカーフィーチャを形成することをさらに備え、前記架橋フィーチャは前記第１および第２のアンカーフィーチャの間に延在する、請求項１から請求項４のいずれか１項に記載の方法。
6. 前記第１および第２のアンカーフィーチャは、位相変位エッチングおよびフォトリソグラフィマスク上の不透明なオーバーレイの組合せを用いて形成される、請求項５に記載の方法。
7. 前記対応するフォトレジストフィーチャのスパンは、前記対応するフォトレジストフィーチャの幅より少なくとも１０倍大きい、請求項１から請求項６のいずれか１項に記載の方法。
8. 前記対応するフォトレジストフィーチャの幅は３０ｎｍと５０ｎｍの間にある、請求項７に記載の方法。
9. 前記対応するフォトレジストフィーチャの対象領域を用いて読出／書込ヘッドのフィーチャを形成する、請求項１から請求項８のいずれか１項に記載の方法。
10. フォトリソグラフィマスクであって、
    前記フォトリソグラフィマスクを通るエネルギに対して１８０度を超える公称位相差を引起すエッチング深さを有する、細長い、クロムが入っていない架橋フィーチャを備え、前記エネルギは前記架橋フィーチャに基づき対応するフォトレジストフィーチャを形成する、フォトリソグラフィマスク。
11. 前記公称位相差は、前記対応するフォトレジストフィーチャの寸法的変動を最小にするよう選択される、請求項１０に記載のフォトリソグラフィマスク。
12. 前記公称位相差は、前記対応するフォトレジストフィーチャのスパン湾曲を最小にするよう選択される、請求項１０に記載のフォトリソグラフィマスク。
13. 前記公称位相差は、１８０度を超え１９０度以下である、請求項１０から請求項１２のいずれか１項に記載のフォトリソグラフィマスク。
14. 第１および第２のアンカーフィーチャをさらに備え、前記架橋フィーチャは前記第１および第２のアンカーフィーチャの間に延在する、請求項１０から請求項１３のいずれか１項に記載のフォトリソグラフィマスク。
15. 前記第１および第２のアンカーフィーチャは、位相変位エッチングおよびフォトリソグラフィマスク上の不透明なオーバーレイの組合せを用いて形成される、請求項１４に記載のフォトリソグラフィマスク。
16. 前記対応するフォトレジストフィーチャのスパンは、前記対応するフォトレジストフィーチャの幅より少なくとも１０倍大きい、請求項１０から請求項１５のいずれか１項に記載のフォトリソグラフィマスク。
17. 前記対応するフォトレジストフィーチャの幅は３０ｎｍと５０ｎｍの間にある、請求項１６に記載のフォトリソグラフィマスク。
18. 前記対応するフォトレジストフィーチャの対象領域を用いて読出／書込ヘッドのフィーチャが形成される、請求項１０から請求項１７のいずれか１項に記載のフォトリソグラフィマスク。