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技術 レティクル、フォトリソグラフィの利用方法、パターニング方法およびフォトレジストプロファイルの形成方法

出願人 シャープ株式会社シャープ・マイクロエレクトロニクス・テクノロジー・インコーポレイテッド
発明者 デーブラッセルエバンスシウエヌウェンブルースデールウォーリック
出願日 1997年3月24日 (23年3ヶ月経過) 出願番号 1997-070236
公開日 1998年1月23日 (22年5ヶ月経過) 公開番号 1998-020476
状態 特許登録済
技術分野 気相成長(金属層を除く) 写真製版における原稿準備・マスク
主要キーワード プロファイルパターン 交差形状 所定表面領域 相対的光強度 所定パーセント 中間表面 形状形態 透過減衰
関連する未来課題
重要な関連分野

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図面 (19)

課題

複数の入射光強度を透過させるマルチレベルレティクルおよびマルチレベルフォトレジストの製造方法を提供する。

解決手段

複数の入射光強度を透過させるマルチレベルレティクル製造方法が提供される。次いで、これらの複数の入射光強度は、フォトレジストプロファイルにおいて複数の厚さを形成するために用いられる。レティクルの層のうちの1つの層として用いられる不完全透過性膜は、中間強度光を提供し得る。中間強度光は、レティクル基板層を通過する減衰されない光の強度と、レティクルの不透明層によって遮断された、完全に減衰された光の強度との間のほぼ中間の強度を有する。露出されたフォトレジストは、2つの強度の光を受光し、それによって、高い方の強度の光に応答して該レジスト中ビアホールを形成し、中間光強度に応答してフォトレジストの中間レベルビアへの接続ラインを形成する。マルチレベルレティクルからマルチレベルレジストを形成する方法およびマルチレベルレティクル装置が提供される。

概要

背景

小型でよりパワーのある電子製品が要求されるに従って、より小さい構造の集積回路(IC)および大型の基板が必要になっている。また、これによってIC基板上への回路のより高密度パッケージングが必要になっている。より小さい構造のIC回路が望まれていることによって、構成要素と誘電体層との間のインターコネクションをできるだけ小さくすることが要求される。従って、ビア(via)相互接続および接続ラインの幅を減少させることについての研究が継続されている。電気回路内の線およびビアの大きさを減少させる試みにおいて、アルミニウムの代わりに銅を選択することは当然である。銅の導電率は、アルミニウムの約2倍であり、タングステンの3倍を超える。その結果、アルミニウム線の約半分の幅の銅線によって同じ量の電流が送られ得る。

銅のエレクトロマイグレーションは、アルミニウムよりもはるかに優れている。エレクトロマイグレーションについては、銅はアルミニウムの約10倍優れている。その結果、銅線は、アルミニウム線よりもはるかに小さい断面を有するものであっても、電気的および機械的な集積度を維持し得る。

しかし、IC処理において、銅の使用に関連する問題があった。銅はIC処理で用いられる材料の多くを汚染するので、銅を移動させないように注意しなければならない。さらに、銅は、特に酸素エッチング処理の間に酸化され易い。エッチング処理アニール処理、および高温を必要とする処理の間に銅が酸素に曝されないように注意しなければならない。また、銅の酸化物は除去が困難である。さらに、構造が小さいときには、従来のアルミニウム付着プロセスを用いて、銅を基板上に付着することができない。すなわち、ICレベル誘電体ラインおよび相互接続において、アルミニウムに代えて銅と共に用いるための新規な付着プロセスが発展させられる。

ギャップ充填能力が低いので、小さい直径のビアを充填するために、アルミニウムあるいは銅のいずれであっても、金属をスパッタリングするのは非実用的である。銅を付着させるために、化学蒸着CVD)技術が当該産業において発展されている。しかし、CVD技術を用いても、従来のエッチングプロセスは用いられ得ない。銅のエッチング生成物低揮発性であることによって、約250℃の高い温度で銅を除去する(気化させる)ことが必要となる。この温度はホトレジストマスクには高すぎる。ウエットエッチング等方性であるので、多くの適用例にとって不正確すぎる。従って、IC処理産業は、銅のエッチングを行わずにCVDを用いてビアを形成するプロセスを発展させた。新しい方法は、インレイ(inlay)プロセス、あるいは、ダマシーン(damascene)プロセスと称される。

基板表面とその上に位置する誘電体表面との間にビアあるいは相互接続を形成するダマシーン法を以下に記載する。まず、下地となる基板は、酸化物などの誘電体で完全に覆われる。次いで、パターニングされたフォトレジストプロファイルが酸化物を覆って形成される。レジストプロファイルは、ビアが形成される酸化物の領域に対応する位置に、フォトレジストに形成された開口部すなわち孔を有する。そのままで残される酸化物のその他の領域は、フォトレジストで覆われる。次いで、フォトレジストで被覆された誘電体は、フォトレジストに形成された孔の下に位置する酸化物を除去するためにエッチングされる。その後、フォトレジストは剥離される。その後、CVD法による銅(CVD銅)を用いてビアが充填される。このように、酸化物と、それを貫通する銅のビアとからなる層が基板表面上に形成される。残存する過剰な銅は、当該技術において公知のようにケミカルメカニカルポリッシュ(CMP)プロセスを用いて除去される。

IC産業にとってダマシーンプロセスは比較的新しいので、技術は改良途中である。改良の一つは、デュアルダマシーン方法である。デュアルダマシーン方法においては、ビア、インターコネクション、およびラインは、2つの異なるレベルで誘電体中に形成される。上記のダマシーンプロセスの例からすると、デュアルダマシーン方法では、新しい(酸化物)表面からその下に位置する基板表面と新しい(酸化物)表面との間の酸化物中のレベルまで延びる付着された酸化物中に第2のビア、すなわち、接続ラインが付加される。デュアルダマシーン方法は、1996年6月10日出願の同時係属出願第08/665,014号において図1〜6に先行技術としてさらに詳細に記載されている。この同時係属出願は、発明の名称「相互マルチレベルフォトレジストパターン転写するための方法(Method for Transferring a Multi-level Photoresist Pattern)」、発明者Tue Nguyen、ShengTeng Hsu、Jer-shen MaaおよびBruce Dale Ulrich、代理人事件整理番号SMT162であり、本願発明と同一の譲渡人に譲渡される。

デュアルダマシーンプロセスを行う1つの公知の方法は、複数のフォトレジストマスクおよびエッチング工程によるものである。単一レベルのフォトレジストプロファイルは付着された誘電体上に形成され、ビアパターン誘電体材料中の第1のインタレベルまでエッチングを行うことによって形成される。プロセスのこの時点で、ビアは一部のみがエッチングされている。次いで、フォトレジストは剥離され、第2の単一層フォトレジストプロファイルが誘電体表面に形成されることによって、誘電体材料中の第2のインタレベルまでのインターコネクションパターンが形成される。相互接続はエッチングによって形成される。インターコネクションのエッチングと同時に、下方に位置する基板層中のインターコネクションが露出されて電気的接続を可能にするように、ビアがエッチングされる。

デュアルダマシーンプロセスを行う別の公知の方法は、複数のレベル、すなわち、複数の厚さを有するフォトレジストプロファイルを用いて、IC誘電体において複数レベルでビアおよびインターコネクションを形成するものである。フォトレジストに直接マルチレベルパターンを書き込むために電子ビームあるいはレーザが用いられるが、商業面からみて実用的ではない。レティクルクロムマスク上で透明な孔に見える点の繰り返しパターンからなる、いわゆる「グレイトーンマスクは、Pierre Sixt「位相マスクおよびグレイトーンマスク(Phase Masks and Gray-Tone Masks)」、SemiconductorFabTech、1995、209頁に記載されているように、マルチレベルレジストプロファイルを形成するためにも用いられている。また、Sixtは、誘電体上にマルチレベルレジストを転写するプロセスを概略的に記載している。プロセスは、誘電体材料レジスト材料との間の一対一エッチング選択性に依存する。次いで、誘電体およびその上に位置するフォトレジストプロファイルは、いかなる露出された誘電体材料も上方に位置するフォトレジスト材料として同一速度でエッチングされるように、共にエッチングされる。レジストの層が薄くなるに従って、誘電体へのエッチング深さが深くなる。その結果、エッチング後の誘電体の形状は、一般的に、プロセスの開始時に誘電体上に位置するフォトレジストパターンに相似する。

フォトレジストマスクの製造で光の位相シフトに対してマルチレベルレティクルを用いることは、当該技術において公知である。これらのマルチレベルレチクル、すなわち、位相シフトレティクルは、レティクルアパーチャから回折する光パターンの強め合う意図されない干渉を減少させるために用いられる。強め合う干渉は、2つの異なる光源からの光の同位相での干渉である。アパーチャへの光の照射は、光が高コヒーレントであっても、少なくともある程度の回折を生じさせる。アパーチャを介して回折された光のパターンは、当該技術分野において公知のようにアパーチャの形状および光の波長に依存する。

上記のように、位相シフトレティクルは同位相での光干渉効果の問題を最小化するために開発された。位相シフトレティクルの一般的な原理は、光の位相を変化させて、複数の回折源に照射されるフォトレジストマスクの領域における正・負の位相の干渉を促進させることである。すなわち、1つの回折源からの光は第2の回折源から180度の位相差を有するように調整され、その結果、2つの回折源からの回折効果自己相殺される。

この180度位相シフトを行う典型的な方法は、いわゆる「ハーフトーン」膜、すなわち、不完全透過性膜を用いるものである。ハーフトーン膜を有する典型的な位相シフトレティクルは、Garofaloらによる米国特許第5,358,827号に開示されている。別の位相シフトマルチレベルレティクルは、「ハーフトーン位相シフトマスクにおけるクロムパターン(COSAC)の副ローブ強度の制御(The Control of Sidelobe Intensity of the Chrome Pattern (COSAC) in Half-Tone Phaseshifting Mask)」、1995 International Conference on Solid State Devicesand Materials、1995年8月21日から24日の予稿集、935頁〜937頁に、Kobayashi、Oka、Watanabe、InoueおよびSakiyamaによって開示されている。同様の位相シフトレティクルを記載している別の文献は、Levenson、ViswanathanおよびSimpsonによる、「位相シフトマスクを用いるフォトリソグラフィにおける分解度の改善(Improving Resolution in Photolithography with a Phase shifting Mask)」、IEEE Transactions on Electron Devices、Vol. ED-29、No.12、1982年12月である。

上記の開示は、実質的にすべての照射光を透過する水晶材料からなる透明基板からなるレティクルを示す。レティクルは、透過光の位相をずらすために基板を覆うハーフトーン膜、すなわち、位相差膜(phase shifting film)で構成される。透過光を実質的に遮断するための不透明膜ハーフトーン層を覆っている。正・負の位相の干渉を生じさせる位相シフトの使用によって、これらのレティクルは実質的に2つの強度、すなわち、100%の強度および0%の強度の光を生成して、それによって当該技術分野において公知のように、単一レベルフォトレジストマスクを形成する。あるいは、レティクルは単一の強度(100%の透過性)で光を生成するか、光を遮断(0%の透過性)するかであるといえる。単一レベルフォトレジストマスクを用いて行われる位相シフトは、ビアなどの形態をより明確に規定し、かつ、回折の影響を減少させるために行われる。

概要

複数の入射光強度を透過させるマルチレベルレティクルおよびマルチレベルフォトレジストの製造方法を提供する。

複数の入射光強度を透過させるマルチレベルレティクル製造方法が提供される。次いで、これらの複数の入射光強度は、フォトレジストプロファイルにおいて複数の厚さを形成するために用いられる。レティクルの層のうちの1つの層として用いられる不完全透過性膜は、中間強度光を提供し得る。中間強度光は、レティクル基板層を通過する減衰されない光の強度と、レティクルの不透明層によって遮断された、完全に減衰された光の強度との間のほぼ中間の強度を有する。露出されたフォトレジストは、2つの強度の光を受光し、それによって、高い方の強度の光に応答して該レジスト中ビアホールを形成し、中間光強度に応答してフォトレジストの中間レベルにビアへの接続ラインを形成する。マルチレベルレティクルからマルチレベルレジストを形成する方法およびマルチレベルレティクル装置が提供される。

目的

本発明は、上記課題を解決するためになされたものであり、その目的とするところは、複数の入射光強度を透過させるマルチレベルレティクルおよびマルチレベルフォトレジストの製造方法を提供することである。

効果

実績

技術文献被引用数
8件
牽制数
8件

この技術が所属する分野

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請求項1

感光性フォトレジスト表面上の所定の照明領域を規定するように入射光が通過するレティクルであって、第1の強度の透過光を生成する第1の透過レベル膜と、該第1の強度よりも大きい第2の強度の透過光を生成する第2の透過レベル膜と、該第2の強度よりも大きい第3の強度の透過光を生成する第3の透過レベル膜と、を備えたレティクル。

請求項2

前記第3の透過レベル膜は基板であり、前記第2の透過レベル膜は該第3の透過レベル基板上に位置し、前記第1の透過レベル膜は該第2の透過レベル膜上に位置する、請求項1に記載のレティクル。

請求項3

前記第1の透過レベル膜が、Cr、CrOおよび酸化鉄から成るグループから選択される不透明膜であり、それによって該第1の透過レベル膜が入射光を実質的に遮断する、請求項1に記載のレティクル。

請求項4

前記第3の透過レベル膜が、水晶合成水晶およびガラスから成るグループから選択され、それによって該第3の透過レベル膜が実質的にすべての入射光を通過させるように透明である、請求項1に記載のレティクル。

請求項5

前記第2の透過レベル膜の所定領域を露出させるように、前記第1の透過レベル膜が該第1の透過レベル膜を貫通する第1の透過レベル開口部を有し、前記第3の透過レベル膜の所定領域を露出させるように、該第2の透過レベル領域が該第2の透過レベル膜を貫通する第2の透過レベル開口部を有する、請求項1に記載のレティクル。

請求項6

前記第2の透過レベル膜が光の位相を所定度遅らせ、それによって、フォトレジストの隣接して照明される境界において同位相での光干渉効果を低下させるように、レティクル透過レベル膜間の位相差透過光強度分解能を改善する、請求項1に記載のレティクル。

請求項7

前記第2の透過レベル膜が透過光の前記位相を約90°遅らせる、請求項6に記載のレティクル。

請求項8

複数の第2の透過レベル膜が設けられ、該複数の第2の透過レベル膜のそれぞれは、前記第1の強度よりも大きく前記第3の強度よりも小さい複数の第2の強度のうちの一つの強度で透過光を生成させ、それによって第2の強度の範囲の光が提供される、請求項1に記載のレティクル。

請求項9

前記第1の透過レベル膜は複数の第2の透過レベル膜から構成され、該複数の第2の透過レベル膜のそれぞれは不完全透過性膜層であり、該第1の透過レベル膜の光透過特性が生じるように、該複数の第2の透過レベル膜を透過する光の強度特性が累積する、請求項1に記載のレティクル。

請求項10

前記第1の透過レベル膜は、前記複数の不完全透過性膜層の実質的に全てである第1の数の該不完全透過性膜層を含み、前記第2の透過レベル膜は、該第1の数よりも小さい第2の数の該不完全透過性膜層を含む、請求項9に記載のレティクル。

請求項11

前記第2の透過レベル膜は、酸化錫インジウムおよび酸窒化モリブデンシリサイドから成るグループから選択され、それによって該第2の透過レベル膜は前記透過光強度を所定パーセント減衰させる、請求項1に記載のレティクル。

請求項12

前記第2の透過レベル膜は、入射光の約10%から約90%未満を透過させ、それによって該第2の透過レベル膜の減衰特性は、前記第1の透過レベル膜減衰特性と前記第3の透過レベル膜減衰特性とのほぼ中間であり、光が感光性表面に導かれると、前記レティクルがフォトレジストの前記照明領域上に少なくとも3つの区別される強度を形成する、請求項1に記載のレティクル。

請求項13

入射光を透過させるレティクルをレティクル基板上に形成するフォトリソグラフィ利用方法であって、a)該レティクル基板を覆って、一部が入射光を透過させる少なくとも1つの不完全透過性膜を付着するステップであって、該不完全透過性膜は、該不完全透過性膜を介する透過において光強度を所定パーセント減少させ、該レティクル基板は、該レティクル基板に入射する実質的に全ての光を通過させる、ステップと、b)該レティクル基板を覆って不透明膜を付着させるステップであって、該不透明膜は光を遮断して、実質的に全ての入射光が減衰される、ステップと、c)該ステップb)で付着された該不透明膜および該ステップa)で付着された該不完全透過性膜の選択的な部分をエッチングして該レティクル基板および該不完全透過性膜の所定領域を露出させ、それにより該レティクルに導かれる光が該レティクル基板、該不完全透過性膜および残存する該不透明膜の該所定領域を通して透過されて少なくとも3つの光強度を生成するステップと、を包含するフォトリソグラフィの利用方法。

請求項14

入射光を透過させるレティクルをレティクル基板上に形成するフォトリソグラフィの利用方法であって、該透過光は感光性表面の領域を照明し、該領域のそれぞれは所定レベルの透過光で照明され、該利用方法は、a)該レティクル基板を覆って、一部が入射光を透過させる少なくとも1つの不完全透過性膜を付着するステップであって、該不完全透過性膜は、該不完全透過性膜を介する透過において光強度を所定パーセント減少させ、該レティクル基板は、該レティクル基板に入射する実質的に全ての光を透過させる、ステップと、b)該レティクル基板を覆って不透明膜を付着させるステップであって、該不透明膜は光を遮断して、実質的に全ての入射光が減衰される、ステップと、c)該ステップb)で付着された該不透明膜および該ステップa)で付着された該不完全透過性膜の選択的な部分をエッチングして該レティクル基板および該不完全透過性膜の所定領域を露出させ、それにより該レティクルに導かれる光が、該レティクル基板、該不完全透過性膜および残存する該不透明膜の該所定領域を通して透過されて該感光性表面に少なくとも2つの厚さを有するパターン化されたプロファイルを生成するステップと、を包含したフォトリソグラフィの利用方法。

請求項15

前記ステップa)は、複数の不完全透過性膜を連続する層に付着するステップを包含し、該不完全透過性膜のそれぞれの光透過特性は累積して該不完全透過性膜を通過する入射光を次第に減衰させ、該複数の不完全透過性膜は異なるエッチング選択性を有して、隣接する不完全透過性膜のエッチングは異なるエッッチングプロセスを必要とし、前記ステップc)は、該所定の不完全透過性膜の選択的な部分をエッチングして下部に位置する不完全透過性膜層を露出し、そのことによって複数の該不完全透過性膜の組み合わせが複数の透過光強度を提供するステップを包含する、請求項14に記載のフォトリソグラフィの利用方法。

請求項16

前記不透明膜は、Cr、CrOおよび酸化鉄から成るグループから選択される、請求項14に記載のフォトリソグラフィの利用方法。

請求項17

前記不完全透過性膜は、酸化錫インジウムおよび酸窒化モリブデンシリサイドから成るグループから選択される、請求項14に記載のフォトリソグラフィの利用方法。

請求項18

前記レティクル基板が、水晶、合成水晶およびガラスから成るグループから選択される、請求項14に記載のフォトリソグラフィの利用方法。

請求項19

前記不完全透過性膜は、入射光の約10%から約90%未満の入射光を透過させ、それによって該不完全透過性膜の減衰特性が、前記レティクル基板減衰特性と前記不透明膜減衰特性との実質的に中間である、請求項14に記載のフォトリソグラフィの利用方法。

請求項20

前記ステップa)は、前記複数の不完全透過性膜の累積減衰が前記不透明膜の光透過特性を実質的に複製するように、複数の不完全透過性膜を付着するステップを包含し、該複数の不完全透過性膜は光の透過を実質的に遮断するので、前記ステップb)は該ステップa)を包含する、請求項14に記載のフォトリソグラフィの利用方法。

請求項21

前記不完全透過性膜は入射光の位相を所定度遅らせ、それによって該不完全透過性膜を介する透過において導入される位相差が透過光強度における分解度を改善して感光性表面の照明における同位相での光干渉効果を減少させる、請求項14に記載のフォトリソグラフィの利用方法。

請求項22

前記ステップa)は、前記レティクル基板に隣接し、かつ、該レティクル基板の上に位置する層に前記不完全透過性膜を付着するステップを包含し、前記ステップb)は、該不完全透過性膜に隣接し、かつ、該不完全透過性膜の上に位置する層に前記不透明膜を付着するステップを包含し、前記ステップc)は、該不透明膜を通って光を透過させずに、該不完全透過性膜に光が導入されるように該不透明膜の選択された部分をエッチングするステップを包含し、該ステップc)は、該不透明膜および該不完全透過性膜のいずれにも光を透過させずに該レティクル基板の選択された部分に光が導かれるように該不完全透過性膜および該不透明膜の選択された部分をエッチングするステップを包含し、それによって少なくとも3つの強度を有する光が感光性表面を照明する、請求項14に記載のフォトリソグラフィの利用方法。

請求項23

前記ステップc)が、i)前記不透明膜の上に、第1の層を貫通する開口部を含む第1のパターンを有するフォトレジストの該第1の層を形成するステップと、ii)該ステップi)で形成された該フォトレジストのパターンに設けられた該開口部を介して露出された該不透明膜の所定領域をエッチングして、該不透明膜の下に位置する前記不完全透過性膜の第1の領域を露出させ、該不完全透過性膜の該第1の領域をエッチングして、該不完全透過性膜の下に位置する前記レティクル基板の所定領域を露出させるステップと、iii)該不透明膜の上に、第2の層を貫通する開口部を有する第2のパターンを有する、フォトレジストの該第2の層を形成するステップと、iv)該ステップiii)で形成された該フォトレジストの該第2のパターン中の該開口部を介して露出された該不透明膜の所定領域をエッチングして、該不完全透過性膜の第2の領域を露出させ、それによって該レティクル基板の該所定領域に導入された光が第1の強度で透過し、該不完全透過性膜の該第2の領域に導入された光が該不完全透過性膜およびその下に位置する基板を第2の強度で透過し、該残存する不透明膜に導入される光が該不透明膜、その下に位置する該不完全透過性膜および該基板を第3の強度で透過して、感光性表面が照明される、請求項22に記載のフォトリソグラフィの利用方法。

請求項24

前記レティクルに導かれた前記入射光が、所定の波長および所定の強度を有する、請求項14に記載のフォトリソグラフィの利用方法。

請求項25

入射光を透過させて感光性表面上に複数の厚さを有するプロファイルパターンを形成するレティクルであって、所定パーセントの該入射光を減衰させて第1の厚さを有するフォトレジスト領域を形成する不完全透過性膜と、実質的にすべての入射光を遮断して該第1の厚さよりも大きい第2の厚さを有するフォトレジスト領域を形成する不透明膜と、実質的にすべての入射光を通過させて該第1の厚さよりも小さい第3の厚さを有するフォトレジスト領域を形成する透明基板と、を備えたレティクル。

請求項26

前記第3の厚さが実質的にゼロである開口部が前記フォトレジスト膜中に形成される、請求項25に記載のレティクル。

請求項27

入射光を透過させて感光性フォトレジスト表面上に複数の厚さを有するプロファイルパターンを形成するレティクルであって、該レティクルは、実質的にすべての入射光を通過させて該フォトレジスト膜に開口部を形成する透明基板と、実質的にすべての入射光を遮断して第2の厚さを有するフォトレジスト領域を形成する不透明膜と、を有し、該レティクルは、所定パーセントの該入射光を減衰させ、それによって第1の厚さを有するフォトレジスト領域を形成する不完全透過性膜を備え、該第1の厚さは該第2の厚さの約1/3である、レティクル。

請求項28

レティクル基板を覆って形成されたレティクルを透過する光の所定パターンへの露光から形成される所定のプロファイルを有するフォトレジストパターンを形成する方法であって、該フォトレジストパターン形成方法は、a)該レティクル基板を覆って、不完全に入射光を透過させる少なくとも1つの膜を付着させるステップであって、各不完全透過性膜は、該不完全透過性膜を介する透過において光強度を所定パーセント減少させ、該レティクル基板は実質的にすべての入射光を通過させるステップと、b)該ステップa)において付着された該不完全透過性膜を覆って不透明膜を付着するステップであって、該不透明膜は光を遮断し、実質的にすべての入射光が減衰されるステップと、c)該ステップb)において付着された該不透明膜を覆って、該フォトレジスト膜を貫通する第1の開口部を有するパターンを有するフォトレジスト膜の第1の層を形成して該不透明膜の所定領域を露出させるステップと、d)該ステップc)において露出された、該不透明膜の該所定領域をエッチングして不完全透過性膜の所定領域を露出させるステップと、e)該ステップd)において露出された該不完全透過性膜の該所定領域をエッチングして、該レティクル基板の所定領域を露出させるステップと、f)該不透明膜を覆って、該フォトレジスト膜を貫通する第2の開口部を有するフォトレジスト膜の第2の層を形成して該不透明膜の所定領域を露出させるステップと、g)該ステップf)において露出された該不透明膜の該所定領域をエッチングして、該不完全透過性膜の所定領域を露出させるステップと、h)所定の厚さを有する感光性フォトレジスト基板を、該レティクルを介して透過される光に所定時間露光するステップであって、該ステップe)で露出された該レティクル基板の該所定領域を介して透過される光は、第1のフォトレジスト領域を第1のドースに露光し、該ステップg)で露出された該不完全透過性膜の該所定領域を介して透過される光は、第2のフォトレジスト領域を第2のドースに露光し、該残存する不透明膜を介して透過される光は、第3のフォトレジスト領域を第3のドースに露光するステップと、i)該ステップh)において露光された該フォトレジスト基板を現像し、それによって該第1のフォトレジスト領域に開口部を有するフォトレジストプロファイルを形成するステップであって、該フォトレジストプロファイルは、該第3のフォトレジスト領域でフォトレジスト所定厚さを実質的に有し、該第2のフォトレジスト領域で該所定厚さとゼロとの間の中間厚さを有し、それによって該レティクル基板および該不完全透過性膜の所定領域を露出させることによって形成される該レティクルに導かれた光が、少なくとも3つの強度の光を生成し、該フォトレジスト基板を、マルチレベルレティクルの該プロファイルをほぼ複製する、少なくとも2つの厚さおよび開口部を有するプロファイルに変形させるステップと、を包含する、フォトレジストパターン形成方法。

請求項29

光源への単一の露光から感光性フォトレジスト膜をパターニングする方法であって、該パターニング方法は、a)該フォトレジストの1領域を第1の強度の光に露光して該フォトレジスト膜を貫通する開口部を形成するステップであって、該第1の強度の光は、該光源からの透過において実質的に減衰されないステップと、b)該フォトレジストの1領域を第2の強度の光に露光して第1の厚さを有するフォトレジスト領域を形成するステップであって、該第2の強度の光は、該光源からの透過において一部が減衰されるステップと、c)該フォトレジストの1領域を第3の強度の光に露光して該第1の厚さよりも大きい第2の厚さを有するフォトレジスト領域を形成するステップであって、該第3の強度の光は、該光源からの透過において実質的に遮断されるステップと、を包含する、パターニング方法。

請求項30

基板上にフォトレジストプロファイルを形成する方法であって、該フォトレジストプロファイルの形成方法は、a)該基板上で所定の厚さを有するフォトレジスト層を設けるステップと、b)第1の透過強度を有するレティクルを介して該フォトレジストに光を導いて第1の露光パターンを形成し、第2の透過強度を有する該レティクルを介して該フォトレジストに光を導いて第2の露光パターンを形成するステップと、c)該フォトレジストを現像して該第1の露光パターンの領域において、該フォトレジストの該所定の厚さ未満の第1の厚さを除去し、該第2の露光パターンの領域において、該フォトレジストの第2の厚さを除去し、それによって該プロファイルは、複数の異なる厚さを有するフォトレジストの領域を含むステップと、を包含する、フォトレジストプロファイルの形成方法。

請求項31

前記ステップb)が、第3の透過強度を有するレティクルを介して前記フォトレジストに光を導いて該フォトレジスト中に第3の露光パターンを形成するステップを包含し、前記ステップc)が、該第3の露光パターンの領域における該フォトレジストの第3の厚さを除去し、それによって前記プロファイルは、少なくとも3つの異なる厚さを有するフォトレジストの領域を含むステップを包含する、請求項30に記載のフォトレジストプロファイルの形成方法。

請求項32

前記ステップb)が、前記第1の透過強度の光に前記フォトレジストを露光して前記第1の露光パターンを形成し、該第1の透過強度よりも大きい前記第2の透過強度の光に前記フォトレジストを露光して前記第2の露光パターンを形成するステップを包含する、請求項30に記載のフォトレジストプロファイルの形成方法。

請求項33

前記第2の露光パターンは、少なくとも一部が前記第1の露光パターンと重畳する、請求項30に記載のフォトレジストプロファイルの形成方法。

請求項34

前記第2の露光パターンに用いられる光は、前記第1の露光パターンに用いられる光よりも単位領域当たり光子ドースが大きく、前記ステップc)は、前記フォトレジストを現像して該第2の露光パターンの領域において前記フォトレジストの前記所定厚さ全体を実質的に除去し、かつ、該第1の露光パターンの領域において該所定厚さよりも小さい前記第1の厚さを除去するステップを包含する、請求項30に記載のフォトレジストプロファイルの形成方法。

技術分野

0001

本発明は、概して、集積回路プロセスおよび集積回路製造に関する。より詳細には、本発明は、マルチレベル(multi-level)レティクルおよびマルチレベルフォトレジストパターンの製造方法に関する。

背景技術

0002

小型でよりパワーのある電子製品が要求されるに従って、より小さい構造の集積回路(IC)および大型の基板が必要になっている。また、これによってIC基板上への回路のより高密度パッケージングが必要になっている。より小さい構造のIC回路が望まれていることによって、構成要素と誘電体層との間のインターコネクションをできるだけ小さくすることが要求される。従って、ビア(via)相互接続および接続ラインの幅を減少させることについての研究が継続されている。電気回路内の線およびビアの大きさを減少させる試みにおいて、アルミニウムの代わりに銅を選択することは当然である。銅の導電率は、アルミニウムの約2倍であり、タングステンの3倍を超える。その結果、アルミニウム線の約半分の幅の銅線によって同じ量の電流が送られ得る。

0003

銅のエレクトロマイグレーションは、アルミニウムよりもはるかに優れている。エレクトロマイグレーションについては、銅はアルミニウムの約10倍優れている。その結果、銅線は、アルミニウム線よりもはるかに小さい断面を有するものであっても、電気的および機械的な集積度を維持し得る。

0004

しかし、IC処理において、銅の使用に関連する問題があった。銅はIC処理で用いられる材料の多くを汚染するので、銅を移動させないように注意しなければならない。さらに、銅は、特に酸素エッチング処理の間に酸化され易い。エッチング処理アニール処理、および高温を必要とする処理の間に銅が酸素に曝されないように注意しなければならない。また、銅の酸化物は除去が困難である。さらに、構造が小さいときには、従来のアルミニウム付着プロセスを用いて、銅を基板上に付着することができない。すなわち、ICレベル誘電体ラインおよび相互接続において、アルミニウムに代えて銅と共に用いるための新規な付着プロセスが発展させられる。

0005

ギャップ充填能力が低いので、小さい直径のビアを充填するために、アルミニウムあるいは銅のいずれであっても、金属をスパッタリングするのは非実用的である。銅を付着させるために、化学蒸着CVD)技術が当該産業において発展されている。しかし、CVD技術を用いても、従来のエッチングプロセスは用いられ得ない。銅のエッチング生成物低揮発性であることによって、約250℃の高い温度で銅を除去する(気化させる)ことが必要となる。この温度はホトレジストマスクには高すぎる。ウエットエッチング等方性であるので、多くの適用例にとって不正確すぎる。従って、IC処理産業は、銅のエッチングを行わずにCVDを用いてビアを形成するプロセスを発展させた。新しい方法は、インレイ(inlay)プロセス、あるいは、ダマシーン(damascene)プロセスと称される。

0006

基板表面とその上に位置する誘電体表面との間にビアあるいは相互接続を形成するダマシーン法を以下に記載する。まず、下地となる基板は、酸化物などの誘電体で完全に覆われる。次いで、パターニングされたフォトレジストプロファイルが酸化物を覆って形成される。レジストプロファイルは、ビアが形成される酸化物の領域に対応する位置に、フォトレジストに形成された開口部すなわち孔を有する。そのままで残される酸化物のその他の領域は、フォトレジストで覆われる。次いで、フォトレジストで被覆された誘電体は、フォトレジストに形成された孔の下に位置する酸化物を除去するためにエッチングされる。その後、フォトレジストは剥離される。その後、CVD法による銅(CVD銅)を用いてビアが充填される。このように、酸化物と、それを貫通する銅のビアとからなる層が基板表面上に形成される。残存する過剰な銅は、当該技術において公知のようにケミカルメカニカルポリッシュ(CMP)プロセスを用いて除去される。

0007

IC産業にとってダマシーンプロセスは比較的新しいので、技術は改良途中である。改良の一つは、デュアルダマシーン方法である。デュアルダマシーン方法においては、ビア、インターコネクション、およびラインは、2つの異なるレベルで誘電体中に形成される。上記のダマシーンプロセスの例からすると、デュアルダマシーン方法では、新しい(酸化物)表面からその下に位置する基板表面と新しい(酸化物)表面との間の酸化物中のレベルまで延びる付着された酸化物中に第2のビア、すなわち、接続ラインが付加される。デュアルダマシーン方法は、1996年6月10日出願の同時係属出願第08/665,014号において図1〜6に先行技術としてさらに詳細に記載されている。この同時係属出願は、発明の名称「相互マルチレベルフォトレジストパターンを転写するための方法(Method for Transferring a Multi-level Photoresist Pattern)」、発明者Tue Nguyen、ShengTeng Hsu、Jer-shen MaaおよびBruce Dale Ulrich、代理人事件整理番号SMT162であり、本願発明と同一の譲渡人に譲渡される。

0008

デュアルダマシーンプロセスを行う1つの公知の方法は、複数のフォトレジストマスクおよびエッチング工程によるものである。単一レベルのフォトレジストプロファイルは付着された誘電体上に形成され、ビアパターン誘電体材料中の第1のインタレベルまでエッチングを行うことによって形成される。プロセスのこの時点で、ビアは一部のみがエッチングされている。次いで、フォトレジストは剥離され、第2の単一層フォトレジストプロファイルが誘電体表面に形成されることによって、誘電体材料中の第2のインタレベルまでのインターコネクションパターンが形成される。相互接続はエッチングによって形成される。インターコネクションのエッチングと同時に、下方に位置する基板層中のインターコネクションが露出されて電気的接続を可能にするように、ビアがエッチングされる。

0009

デュアルダマシーンプロセスを行う別の公知の方法は、複数のレベル、すなわち、複数の厚さを有するフォトレジストプロファイルを用いて、IC誘電体において複数レベルでビアおよびインターコネクションを形成するものである。フォトレジストに直接マルチレベルパターンを書き込むために電子ビームあるいはレーザが用いられるが、商業面からみて実用的ではない。レティクルのクロムマスク上で透明な孔に見える点の繰り返しパターンからなる、いわゆる「グレイトーンマスクは、Pierre Sixt「位相マスクおよびグレイトーンマスク(Phase Masks and Gray-Tone Masks)」、SemiconductorFabTech、1995、209頁に記載されているように、マルチレベルレジストプロファイルを形成するためにも用いられている。また、Sixtは、誘電体上にマルチレベルレジストを転写するプロセスを概略的に記載している。プロセスは、誘電体材料レジスト材料との間の一対一エッチング選択性に依存する。次いで、誘電体およびその上に位置するフォトレジストプロファイルは、いかなる露出された誘電体材料も上方に位置するフォトレジスト材料として同一速度でエッチングされるように、共にエッチングされる。レジストの層が薄くなるに従って、誘電体へのエッチング深さが深くなる。その結果、エッチング後の誘電体の形状は、一般的に、プロセスの開始時に誘電体上に位置するフォトレジストパターンに相似する。

0010

フォトレジストマスクの製造で光の位相シフトに対してマルチレベルレティクルを用いることは、当該技術において公知である。これらのマルチレベルレチクル、すなわち、位相シフトレティクルは、レティクルアパーチャから回折する光パターンの強め合う意図されない干渉を減少させるために用いられる。強め合う干渉は、2つの異なる光源からの光の同位相での干渉である。アパーチャへの光の照射は、光が高コヒーレントであっても、少なくともある程度の回折を生じさせる。アパーチャを介して回折された光のパターンは、当該技術分野において公知のようにアパーチャの形状および光の波長に依存する。

0011

上記のように、位相シフトレティクルは同位相での光干渉効果の問題を最小化するために開発された。位相シフトレティクルの一般的な原理は、光の位相を変化させて、複数の回折源に照射されるフォトレジストマスクの領域における正・負の位相の干渉を促進させることである。すなわち、1つの回折源からの光は第2の回折源から180度の位相差を有するように調整され、その結果、2つの回折源からの回折効果自己相殺される。

0012

この180度位相シフトを行う典型的な方法は、いわゆる「ハーフトーン」膜、すなわち、不完全透過性膜を用いるものである。ハーフトーン膜を有する典型的な位相シフトレティクルは、Garofaloらによる米国特許第5,358,827号に開示されている。別の位相シフトマルチレベルレティクルは、「ハーフトーン位相シフトマスクにおけるクロムパターン(COSAC)の副ローブ強度の制御(The Control of Sidelobe Intensity of the Chrome Pattern (COSAC) in Half-Tone Phaseshifting Mask)」、1995 International Conference on Solid State Devicesand Materials、1995年8月21日から24日の予稿集、935頁〜937頁に、Kobayashi、Oka、Watanabe、InoueおよびSakiyamaによって開示されている。同様の位相シフトレティクルを記載している別の文献は、Levenson、ViswanathanおよびSimpsonによる、「位相シフトマスクを用いるフォトリソグラフィにおける分解度の改善(Improving Resolution in Photolithography with a Phase shifting Mask)」、IEEE Transactions on Electron Devices、Vol. ED-29、No.12、1982年12月である。

0013

上記の開示は、実質的にすべての照射光を透過する水晶材料からなる透明基板からなるレティクルを示す。レティクルは、透過光の位相をずらすために基板を覆うハーフトーン膜、すなわち、位相差膜(phase shifting film)で構成される。透過光を実質的に遮断するための不透明膜ハーフトーン層を覆っている。正・負の位相の干渉を生じさせる位相シフトの使用によって、これらのレティクルは実質的に2つの強度、すなわち、100%の強度および0%の強度の光を生成して、それによって当該技術分野において公知のように、単一レベルフォトレジストマスクを形成する。あるいは、レティクルは単一の強度(100%の透過性)で光を生成するか、光を遮断(0%の透過性)するかであるといえる。単一レベルフォトレジストマスクを用いて行われる位相シフトは、ビアなどの形態をより明確に規定し、かつ、回折の影響を減少させるために行われる。

発明が解決しようとする課題

0014

複数のフォトレジストマスクおよびエッチング工程によるデュアルダマシーンプロセスの問題として、フォトレジストプロファイルのアラインメントがある。2つのフォトレジストプロファイルが正確にアラインメントされない場合、誘電体材料における交差形状ミスアラインメントが生じる。すなわち、第1のフォトレジストパターンと関連する導電ラインは、第2のフォトレジストプロファイルと関連するビアと正確に交差し得ない。アラインメントエラーは交差形状をオーバーサイズに形成することによって訂正され得るが、接続ラインおよびビアの大きさを減少させるという全体的な目的の効果を減少させる。アラインメントの問題によって歩留まりが減少し、IC処理がコストを上昇し、IC処理がより複雑になる。

0015

複数のレベル、すなわち、複数の厚さを有するフォトレジストプロファイルを用いて、IC誘電体において複数レベルでビアおよびインターコネクションを形成する、デュアルダマシーンプロセスを行う方法に伴う1つの問題は、同一のエッチング選択性を有する誘電体材料およびフォトレジスト材料を見出すことである。また、様々な形状、特に、小さいあるいは比較的複雑な形状をこの方法を用いて誘電体に転写することは困難である。エッチングプロセスのポリマーおよび副生成物レジストパターンの領域に集まる傾向にあり、これによってレジストプロファイルの形状およびエッチング速度が変化する。さらに、文献は、グレイトーンマスク中の画素サイズによって分解度が制限されていることによって、この方法によって製造されるビアは約25μmと比較的大きいサイズを有していることを開示している。この大きさのビアは、従来の方法によって形成されたビアの大きさより2桁程大きく、大多数のIC処理に適さない。

0016

従来のレティクル、すなわち、2レベルレティクルは、実質的にすべての照射光を透過させる透明基板と、実質的に照射光を透過させない不透明基板とから成る。正方形アパーチャ2レベルレティクルを透過する光は、一般的なアパーチャ形状を形成し、そのアパーチャ形状のエッジ周辺に、光のある程度の回折が生じる。同位相での光干渉効果に関連する1つの一般的な問題は、レティクルにおける2つの対応するアパーチャ孔を通過する光から、フォトレジストマスク上に形成される2つのビアの間の領域において生じる。2つのビアアパーチャを通過する光の同位相での光干渉効果が2つのビア間でしばしば生じ、最終的にフォトレジストからエッチングされたIC基板の欠陥となる、薄いレジストの意図されない領域が生じる。このプロセスは、実施形態の図1および図2においてさらに詳細に説明される。

0017

典型的には、従来のハーフトーン材料は、光減衰特性とは全く異なる位相シフト特性に関して選択される。従って、位相シフトレティクルのハーフトーン膜は、Levensonの文献に開示されるように、実質的に減衰を生じさせずに、透過光に180度の位相シフトを与えるように選択される。あるいは、ハーフトーン膜は、Kobayashiらに開示されるように、透過光の強度を実質的に減衰させながら、透過光に180度の位相シフトを与えるように選択される。

0018

本発明は、上記課題を解決するためになされたものであり、その目的とするところは、複数の入射光強度を透過させるマルチレベルレティクルおよびマルチレベルフォトレジストの製造方法を提供することである。

課題を解決するための手段

0019

本発明のレティクルは、感光性フォトレジスト表面上の所定の照明領域を規定するように入射光が通過するレティクルであって、第1の強度の透過光を生成する第1の透過レベル膜と、該第1の強度よりも大きい第2の強度の透過光を生成する第2の透過レベル膜と、該第2の強度よりも大きい第3の強度の透過光を生成する第3の透過レベル膜と、を備え、そのことにより上記目的が達成される。

0020

また、好適な実施形態によると、前記第3の透過レベル膜は基板であり、前記第2の透過レベル膜は該第3の透過レベル基板上に位置し、前記第1の透過レベル膜は該第2の透過レベル膜上に位置する。

0021

また、好適な実施形態によると、前記第1の透過レベル膜が、Cr、CrOおよび酸化鉄から成るグループから選択される不透明膜であり、それによって該第1の透過レベル膜が入射光を実質的に遮断する。

0022

また、好適な実施形態によると、前記第3の透過レベル膜が、水晶合成水晶およびガラスから成るグループから選択され、それによって該第3の透過レベル膜が実質的にすべての入射光を通過させるように透明である。

0023

また、好適な実施形態によると、前記第2の透過レベル膜の所定領域を露出させるように、前記第1の透過レベル膜が該第1の透過レベル膜を貫通する第1の透過レベル開口部を有し、前記第3の透過レベル膜の所定領域を露出させるように、該第2の透過レベル領域が該第2の透過レベル膜を貫通する第2の透過レベル開口部を有する。

0024

また、好適な実施形態によると、前記第2の透過レベル膜が光の位相を所定度遅らせ、それによって、フォトレジストの隣接して照明される境界において同位相での光干渉効果を低下させるように、レティクル透過レベル膜間の位相差が透過光強度分解能を改善する。

0025

また、好適な実施形態によると、前記第2の透過レベル膜が透過光の前記位相を約90°遅らせる。

0026

また、好適な実施形態によると、複数の第2の透過レベル膜が設けられ、該複数の第2の透過レベル膜のそれぞれは、前記第1の強度よりも大きく前記第3の強度よりも小さい複数の第2の強度のうちの一つの強度で透過光を生成させ、それによって第2の強度の範囲の光が提供される。

0027

また、好適な実施形態によると、前記第1の透過レベル膜は複数の第2の透過レベル膜から構成され、該複数の第2の透過レベル膜のそれぞれは不完全透過性膜層であり、該第1の透過レベル膜の光透過特性が生じるように、該複数の第2の透過レベル膜を透過する光の強度特性が累積する。

0028

また、好適な実施形態によると、前記第1の透過レベル膜は、前記複数の不完全透過性膜層の実質的に全てである第1の数の該不完全透過性膜層を含み、前記第2の透過レベル膜は、該第1の数よりも小さい第2の数の該不完全透過性膜層を含む。

0029

また、好適な実施形態によると、前記第2の透過レベル膜は、酸化錫インジウムおよび酸窒化モリブデンシリサイドから成るグループから選択され、それによって該第2の透過レベル膜は前記透過光強度を所定パーセント減衰させる。

0030

また、好適な実施形態によると、前記第2の透過レベル膜は、入射光の約10%から約90%未満を透過させ、それによって該第2の透過レベル膜の減衰特性は、前記第1の透過レベル膜減衰特性と前記第3の透過レベル膜減衰特性とのほぼ中間であり、光が感光性表面に導かれると、前記レティクルがフォトレジストの前記照明領域上に少なくとも3つの区別される強度を形成する。

0031

本発明のフォトリソグラフィの利用方法は、入射光を透過させるレティクルをレティクル基板上に形成するフォトリソグラフィの利用方法であって、a)該レティクル基板を覆って、一部が入射光を透過させる少なくとも1つの不完全透過性膜を付着するステップであって、該不完全透過性膜は、該不完全透過性膜を介する透過において光強度を所定パーセント減少させ、該レティクル基板は、該レティクル基板に入射する実質的に全ての光を通過させる、ステップと、b)該レティクル基板を覆って不透明膜を付着させるステップであって、該不透明膜は光を遮断して、実質的に全ての入射光が減衰される、ステップと、c)該ステップb)で付着された該不透明膜および該ステップa)で付着された該不完全透過性膜の選択的な部分をエッチングして該レティクル基板および該不完全透過性膜の所定領域を露出させ、それにより該レティクルに導かれる光が該レティクル基板、該不完全透過性膜および残存する該不透明膜の該所定領域を通して透過されて少なくとも3つの光強度を生成するステップと、を包含し、そのことにより上記目的が達成される。

0032

本発明の別の局面によると、本発明のフォトリソグラフィの利用方法は、入射光を透過させるレティクルをレティクル基板上に形成するフォトリソグラフィの利用方法であって、該透過光は感光性表面の領域を照明し、該領域のそれぞれは所定レベルの透過光で照明され、該利用方法は、a)該レティクル基板を覆って、一部が入射光を透過させる少なくとも1つの不完全透過性膜を付着するステップであって、該不完全透過性膜は、該不完全透過性膜を介する透過において光強度を所定パーセント減少させ、該レティクル基板は、該レティクル基板に入射する実質的に全ての光を透過させる、ステップと、b)該レティクル基板を覆って不透明膜を付着させるステップであって、該不透明膜は光を遮断して、実質的に全ての入射光が減衰される、ステップと、c)該ステップb)で付着された該不透明膜および該ステップa)で付着された該不完全透過性膜の選択的な部分をエッチングして該レティクル基板および該不完全透過性膜の所定領域を露出させ、それにより該レティクルに導かれる光が、該レティクル基板、該不完全透過性膜および残存する該不透明膜の該所定領域を通して透過されて該感光性表面に少なくとも2つの厚さを有するパターン化されたプロファイルを生成するステップと、を包含し、そのことにより上記目的が達成される。

0033

また、好適な実施形態によると、前記ステップa)は、複数の不完全透過性膜を連続する層に付着するステップを包含し、該不完全透過性膜のそれぞれの光透過特性は累積して該不完全透過性膜を通過する入射光を次第に減衰させ、該複数の不完全透過性膜は異なるエッチング選択性を有して、隣接する不完全透過性膜のエッチングは異なるエッッチングプロセスを必要とし、前記ステップc)は、該所定の不完全透過性膜の選択的な部分をエッチングして下部に位置する不完全透過性膜層を露出し、そのことによって複数の該不完全透過性膜の組み合わせが複数の透過光強度を提供するステップを包含する。

0034

また、好適な実施形態によると、前記不透明膜は、Cr、CrOおよび酸化鉄から成るグループから選択される。

0035

また、好適な実施形態によると、前記不完全透過性膜は、酸化錫インジウムおよび酸窒化モリブデンシリサイドから成るグループから選択される。

0036

また、好適な実施形態によると、前記レティクル基板が、水晶、合成水晶およびガラスから成るグループから選択される。

0037

また、好適な実施形態によると、前記不完全透過性膜は、入射光の約10%から約90%未満の入射光を透過させ、それによって該不完全透過性膜の減衰特性が、前記レティクル基板減衰特性と前記不透明膜減衰特性との実質的に中間である。

0038

また、好適な実施形態によると、前記ステップa)は、前記複数の不完全透過性膜の累積減衰が前記不透明膜の光透過特性を実質的に複製するように、複数の不完全透過性膜を付着するステップを包含し、該複数の不完全透過性膜は光の透過を実質的に遮断するので、前記ステップb)は該ステップa)を包含する。

0039

また、好適な実施形態によると、前記不完全透過性膜は入射光の位相を所定度遅らせ、それによって該不完全透過性膜を介する透過において導入される位相差が透過光強度における分解度を改善して感光性表面の照明における同位相での光干渉効果を減少させる。

0040

また、好適な実施形態によると、前記ステップa)は、前記レティクル基板に隣接し、かつ、該レティクル基板の上に位置する層に前記不完全透過性膜を付着するステップを包含し、前記ステップb)は、該不完全透過性膜に隣接し、かつ、該不完全透過性膜の上に位置する層に前記不透明膜を付着するステップを包含し、前記ステップc)は、該不透明膜を通って光を透過させずに、該不完全透過性膜に光が導入されるように該不透明膜の選択された部分をエッチングするステップを包含し、該ステップc)は、該不透明膜および該不完全透過性膜のいずれにも光を透過させずに該レティクル基板の選択された部分に光が導かれるように該不完全透過性膜および該不透明膜の選択された部分をエッチングするステップを包含し、それによって少なくとも3つの強度を有する光が感光性表面を照明する。

0041

また、好適な実施形態によると、前記ステップc)が、i)前記不透明膜の上に、第1の層を貫通する開口部を含む第1のパターンを有するフォトレジストの該第1の層を形成するステップと、ii)該ステップi)で形成された該フォトレジストのパターンに設けられた該開口部を介して露出された該不透明膜の所定領域をエッチングして、該不透明膜の下に位置する前記不完全透過性膜の第1の領域を露出させ、該不完全透過性膜の該第1の領域をエッチングして、該不完全透過性膜の下に位置する前記レティクル基板の所定領域を露出させるステップと、iii)該不透明膜の上に、第2の層を貫通する開口部を有する第2のパターンを有する、フォトレジストの該第2の層を形成するステップと、iv)該ステップiii)で形成された該フォトレジストの該第2のパターン中の該開口部を介して露出された該不透明膜の所定領域をエッチングして、該不完全透過性膜の第2の領域を露出させ、それによって該レティクル基板の該所定領域に導入された光が第1の強度で透過し、該不完全透過性膜の該第2の領域に導入された光が該不完全透過性膜およびその下に位置する基板を第2の強度で透過し、該残存する不透明膜に導入される光が該不透明膜、その下に位置する該不完全透過性膜および該基板を第3の強度で透過し、その結果、感光性表面が照明される。

0042

また、好適な実施形態によると、前記レティクルに導かれた前記入射光が、所定の波長および所定の強度を有する。

0043

本発明のレティクルは、入射光を透過させて感光性表面上に複数の厚さを有するプロファイルパターンを形成するレティクルであって、所定パーセントの該入射光を減衰させて第1の厚さを有するフォトレジスト領域を形成する不完全透過性膜と、実質的にすべての入射光を遮断して該第1の厚さよりも大きい第2の厚さを有するフォトレジスト領域を形成する不透明膜と、実質的にすべての入射光を通過させて該第1の厚さよりも小さい第3の厚さを有するフォトレジスト領域を形成する透明基板と、を備え、そのことにより上記目的が達成される。

0044

また、好適な実施形態によると、前記第3の厚さが実質的にゼロである開口部が前記フォトレジスト膜中に形成される。

0045

本発明の別の局面によると、本発明のレティクルは、入射光を透過させて感光性フォトレジスト表面上に複数の厚さを有するプロファイルパターンを形成するレティクルであって、該レティクルは、実質的にすべての入射光を通過させて該フォトレジスト膜に開口部を形成する透明基板と、実質的にすべての入射光を遮断して第2の厚さを有するフォトレジスト領域を形成する不透明膜と、を有し、該レティクルは、所定パーセントの該入射光を減衰させ、それによって第1の厚さを有するフォトレジスト領域を形成する不完全透過性膜を備え、該第1の厚さは該第2の厚さの約1/3であり、そのことにより上記目的が達成される。

0046

本発明のフォトレジストパターンを形成する方法は、レティクル基板を覆って形成されたレティクルを透過する光の所定パターンへの露光から形成される所定のプロファイルを有するフォトレジストパターンを形成する方法であって、該方法は、a)該レティクル基板を覆って、不完全に入射光を透過させる1つあるいはそれ以上の膜を付着させるステップであって、各不完全透過性膜は、該不完全透過性膜を介する透過において光強度を所定パーセント減少させ、該レティクル基板は実質的にすべての入射光を通過させるステップと、b)該ステップa)において付着された該不完全透過性膜を覆って不透明膜を付着するステップであって、該不透明膜は光を遮断し、実質的にすべての入射光が減衰されるステップと、c)該ステップb)において付着された該不透明膜を覆って、該フォトレジスト膜を貫通する第1の開口部を有するパターンを有するフォトレジスト膜の第1の層を形成して該不透明膜の所定領域を露出させるステップと、d)該ステップc)において露出された、該不透明膜の該所定領域をエッチングして不完全透過性膜の所定領域を露出させるステップと、e)該ステップd)において露出された該不完全透過性膜の該所定領域をエッチングして、該レティクル基板の所定領域を露出させるステップと、f)該不透明膜を覆って、該フォトレジスト膜を貫通する第2の開口部を有するフォトレジスト膜の第2の層を形成して該不透明膜の所定領域を露出させるステップと、g)該ステップf)において露出された該不透明膜の該所定領域をエッチングして、該不完全透過性膜の所定領域を露出させるステップと、h)所定の厚さを有する感光性フォトレジスト基板を、該レティクルを介して透過される光に所定時間露光するステップであって、該ステップe)で露出された該レティクル基板の該所定領域を介して透過される光は、第1のフォトレジスト領域を第1のドースに露光し、該ステップg)で露出された該不完全透過性膜の該所定領域を介して透過される光は、第2のフォトレジスト領域を第2のドースに露光し、該残存する不透明膜を介して透過される光は、第3のフォトレジスト領域を第3のドースに露光するステップと、i)該ステップh)において露光された該フォトレジスト基板を現像し、それによって該第1のフォトレジスト領域に開口部を有するフォトレジストプロファイルを形成するステップであって、該フォトレジストプロファイルは、該第3のフォトレジスト領域でフォトレジスト所定厚さを実質的に有し、かつ、該第2のフォトレジスト領域で該所定厚さとゼロとの間の中間厚さを有し、それによって該レティクル基板および該不完全透過性膜の所定領域を露出させることによって形成される該レティクルに導かれた光が、少なくとも3つの強度の光を生成し、該フォトレジスト基板を、マルチレベルレティクルの該プロファイルをほぼ複製する、少なくとも2つの厚さおよび開口部を有するプロファイルに変形させるステップと、を包含し、そのことにより上記目的が達成される。

0047

本発明のパターニング方法は、光源への単一の露光から感光性フォトレジスト膜をパターニングする方法であって、該方法は、a)該フォトレジストの1領域を第1の強度の光に露光して該フォトレジスト膜を貫通する開口部を形成するステップであって、該第1の強度の光は、該光源からの透過において実質的に減衰されないステップと、b)該フォトレジストの1領域を第2の強度の光に露光して第1の厚さを有するフォトレジスト領域を形成するステップであって、該第2の強度の光は、該光源からの透過において一部が減衰されるステップと、c)該フォトレジストの1領域を第3の強度の光に露光して該第1の厚さよりも大きい第2の厚さを有するフォトレジスト領域を形成するステップであって、該第3の強度の光は、該光源からの透過において実質的に遮断されるステップと、を包含し、そのことにより上記目的が達成される。

0048

本発明のフォトレジストプロファイルを形成する方法は、基板上にフォトレジストプロファイルを形成する方法であって、該方法は、a)該基板上で所定の厚さを有するフォトレジスト層を設けるステップと、b)第1の透過強度を有するレティクルを介して該フォトレジストに光を導いて第1の露光パターンを形成し、第2の透過強度を有する該レティクルを介して該フォトレジストに光を導いて、第2の露光パターンを形成するステップと、c)該フォトレジストを現像して該第1の露光パターンの領域において、該フォトレジストの該所定の厚さ未満の第1の厚さを除去し、該第2の露光パターンの領域において、該フォトレジストの第2の厚さを除去し、それによって該プロファイルは、複数の異なる厚さを有するフォトレジストの領域を含むステップと、を包含し、そのことにより上記目的が達成される。

0049

また、好適な実施形態によると、前記ステップb)が、第3の透過強度を有するレティクルを介して前記フォトレジストに光を導いて該フォトレジスト中に第3の露光パターンを形成するステップを包含し、前記ステップc)が、該第3の露光パターンの領域における該フォトレジストの第3の厚さを除去し、それによって前記プロファイルは、少なくとも3つの異なる厚さを有するフォトレジストの領域を含むステップを包含する。

0050

また、好適な実施形態によると、前記ステップb)が、前記第1の透過強度の光に前記フォトレジストを露光して前記第1の露光パターンを形成し、該第1の透過強度よりも大きい前記第2の透過強度の光に前記フォトレジストを露光して前記第2の露光パターンを形成するステップを包含する。

0051

また、好適な実施形態によると、前記第2の露光パターンは、少なくとも一部が前記第1の露光パターンと重畳する。

0052

また、好適な実施形態によると、前記第2の露光パターンに用いられる光は、前記第1の露光パターンに用いられる光よりも単位領域当たり光子ドースが大きく、前記ステップc)は、前記フォトレジストを現像して該第2の露光パターンの領域において前記フォトレジストの前記所定厚さ全体を実質的に除去し、かつ、該第1の露光パターンの領域において該所定厚さよりも小さい前記第1の厚さを除去するステップを包含する。

0053

以下、作用を説明する。

0054

フォトレジストマスクの製造でハーフトーン膜の強度減衰特性を利用することは有利である。

0055

ハーフトーン膜の強度減衰特性を用いて、マルチレベルを有するフォトレジストマスクあるいはフォトレジストパターンを製造し、複数の深さにIC基板材料のエッチングを行うことは有利である。

0056

複数の厚さを有するフォトレジストマスクを製造するためのハーフトーン膜の光強度減衰特性と、シャープな形状形態を生成し、かつ、回折によって生じるエラーを減少させるためのハーフトーン膜の位相シフト特性とを組み合わせることは有利である。

0057

従って、入射光が通過し、それによって感光性フォトレジスト表面上で所定の照射領域を規定するレティクルが提供される。レティクルは、第1の強度の透過光を生成させる第1透過レベル膜と、第1の強度よりも大きい第2の強度の透過光を生成させる第2透過レベル膜と、第2の強度よりも大きい第3の強度の透過光を生成させる第3透過レベル膜と、を備えている。

0058

第2透過レベル膜は、約10%を超え、約90%未満の入射光を透過させ、それによって第2透過レベル膜の減衰特性は、感光性表面に光が導かれたときにフォトレジストの照射領域に少なくとも3つの区別される強度をレティクルが形成するように、第1透過レベル膜特性と第3透過レベル膜特性のほぼ中間の特性である。

0059

フォトリソグラフィ法を用いて、レティクル基板上に光を透過させるためのレティクルを形成する方法も提供される。この方法は、レティクル基板を覆う、入射光の一部を透過させるための少なくとも一つの膜を付着させるステップを包含し、この不完全透過性膜は、不完全透過性膜を介して透過する光の強度を所定パーセント低下させ、基板は、基板に入射する実質的にすべての光を通過させる。この方法は、レティクル基板を覆って不透明膜を付着させるステップを包含し、この不透明膜は、実質的にすべての入射光が減衰されるように光を遮断する。この方法は、前に付着された不透明膜および前に付着された不完全透過性膜の選択的な部分をエッチングし、それによってレティクル基板および不完全透過性膜の所定領域を露出させる。その結果、レティクルに導かれた光が、レティクル基板、不完全透過性膜、および残存する不透明膜の所定領域を通過し、それによって少なくとも3つの光強度が生成される。

0060

さらに、フォトレジストプロファイルを基板上に形成する方法が提供される。この方法は、基板上に所定の厚さを有するフォトレジスト層を提供するステップと、第1の透過強度を有するレティクルを介して光をホトレジストに導き、それによってフォトレジスト上に第1の露光パターンを形成し、かつ、第2の透過強度を有するレティクルを介して光をホトレジストに導き、それによってフォトレジスト上に第2の露光パターンを形成するステップとを包含する。また、この方法は、フォトレジストを現像し、それによって第1の露光パターンの領域における、上記所定厚さ未満である第1の厚さのフォトレジストを除去し、第2の露光パターンの領域における第2の厚さのフォトレジストを除去するステップを包含し、これによってプロファイルは複数の異なる厚さを有するフォトレジストの領域を有する。

発明を実施するための最良の形態

0061

図1は、3つのビアを形成するために用いられるレティクルおよびそのレティクルを透過する光の相対強度を示す部分断面図である。光源(図示せず)からの入射光10はレティクル12に導かれる。レティクル12は、水晶などの材料からなるレティクル基板14を備える。基板14上には、位相シフト膜16および17の2つの領域が位置している。位相シフト膜16および17の上には、クロムなどの不透明膜18および19の2つの領域が位置する。透過光20はレティクル12から出て、図示しないフォトレジスト膜に向かう。相対的光強度グラフ22が表示されている。入射光が基板14を通過する位置において、透過光は入射光に対して実質的に100%の強度を有する。入射光が位相シフト膜16および不透明膜18に導かれる領域においては、透過光は実質的にゼロである。第1のアパーチャ24および第2のアパーチャ26を通過する光の回折は、位相シフト膜16を通過して透過する光の影響によって緩和される。位相シフト膜16が無ければ、アパーチャ24および26による回折は同位相での光干渉効果を生じ、それによってグラフ22の点線で示されるより高い強度プロファイル30が形成される。同様に、位相レジスト膜17が除去されると、アパーチャ26および32からの同位相での光干渉効果によって生じるより高い強度が、点線34によって示されるように形成される。点線30および34によって示されるより高く、意図されない強度の領域は、レティクル12から形成されるフォトレジストプロファイル36に変形を生じさせる。点線38および40によって示されるフォトレジスト36の変形によって、フォトレジストプロファイル36からエッチングされるIC基板において、意図されないエッチングが最終的に生じる。

0062

図2図5は、本発明の方法を用いた3レベルレティクルの形成を示している。図2は、第1のフォトレジストパターンが上方に位置した状態の3レベルレティクルの部分断面図である。レティクル50は、水晶基板52と、不完全透過性膜54と、不透明膜56と、上方に位置する第1のフォトレジストパターン58とを備えている。フォトレジスト58は、レティクル50へのエッチングのための開口部59でパターニングされている。

0063

図3は、第1のエッチングステップ後図2に示した3レベルレティクル50の部分断面図である。不透明膜56および不完全透過性膜54にわたってエッチングされた開口部は、水晶基板52の所定領域60を露出させる。開口部はレジスト58の開口部59の下方に位置する。

0064

図4は、第2のフォトレジストパターン62が上方に位置した状態での、図3に示した3レベルレティクル50の部分断面図である。第2のレジストパターン62は、不透明膜56の所定領域63を露出させる開口部を有している。

0065

図5は、第2のエッチングステップ後の図4に示した3レベルレティクル50の部分断面図である。不透明膜56の領域63にエッチングされた開口部は、不完全透過性膜54の所定表面領域64を露出させる。

0066

図5はレティクル50を示し、入射光はレティクル50を通過して、感光性フォトレジスト表面上の所定の照明領域を規定する。レティクル50は、第1の強度の透過光を生成させる第1の透過膜56と、第1の強度よりも大きい第2の強度の光を生成させる第2の透過レベル膜54と、第2の強度よりも大きい第3の強度の光を生成させる第3の透過レベル膜52とを備えている。本発明の好ましい実施の形態において、第3の透過レベル膜52は基板であり、第2の透過レベル膜54は第3の透過レベル膜52の上に位置し、第1の透過レベル膜56は第2の透過レベル膜54の上に位置する。

0067

第1の透過レベル膜56は、クロム(Cr)、酸化クロム(CrO)および酸化鉄から成るグループから選択される不透明膜であり、それによって第1の透過レベル膜56は入射光を実質的に遮断することが本発明のひとつの特徴である。また、第3の透過レベル膜52は、水晶、合成水晶およびガラスから成るグループから選択され、それによって第3の透過レベル膜52は透明であり、その結果、実質的にすべての入射光を通過させることも本発明のひとつの特徴である。本発明の好ましい形態において、第1の透過レベル膜56は、第2の透過レベル膜54の所定領域64を露出させるための、第1の透過レベル膜56を貫通する第1の透過レベル開口部を有し、第2の透過レベル領域64は、第3の透過レベル膜52の所定領域60を露出させるための、第2の透過レベル膜54を貫通する第2の透過レベル開口部を有する。典型的に、各層の厚さは、クロム不透明層が110ナノメートル(nm)、不完全透過性膜が80nm、水晶基板が0.09インチである。

0068

第2の透過レベル膜54は光の位相を所定度遅らせ、それによってレティクルの透過レベル膜間の位相差は透過光強度の分解能(resolution)を改善する。その結果、フォトレジストの隣接して照明される境界において同位相での光干渉効果が減少する。第2の透過レベル膜54が透過光の位相を約90度遅らせることが、本発明のひとつの特徴である。

0069

図6は、3レベルレティクルから形成された2レベルフォトレジストパターンの部分断面図である。レティクルを介する露光の前は、フォトレジストの厚さは、図示される11.0ミクロンと12.8ミクロンとの境界の間の、約2ミクロンである。レティクルを介する露光後は、図6に示される2レベルレジストパターンが現像される。約1ミクロンのレジストが除去され、それによって約0.5ミクロンの厚さを有する中間レベルが形成される。ビアの大きさを減少させるために、単一レベルレジストプロファイルを生成するための、当該分野で公知の位相シフト技術が用いられる。図7は、パターンの分解能を高めるために位相シフトを用いた、3レベルレティクルから形成された2レベルフォトレジストパターンの部分断面図である。ビアは図6のビアよりも実質的に小さく、ビアを囲む中間表面はより平坦である。従って、レティクルは不完全透過性膜を用いて中間強度を生成し、それによって中間レジストレベルを形成し、レティクルは分解度を制御するために位相シフトのための不完全透過性膜を用いる。180度位相シフト膜の使用によって、ビアを取り囲むレジストの領域において過剰な相殺(cancellation)が生じることが見出されている。最適な結果は、回折光の一部のみの相殺化を用いたときに得られる。90度の位相シフトを有する不完全透過性膜を用いた、30%の透過強度(入射光の70%を減衰)が効果的であることが見出されている。

0070

本発明の好ましい形態において、第2の透過レベル膜54、すなわち、不完全透過性膜54は、酸化錫インジウムおよび酸窒化モリブデンシリサイドから成るグループから選択され、それによって第2の透過レベル膜54は透過光の強度を所定パーセント減衰させる。

0071

本発明の好ましい形態において、第2の透過レベル膜54は、約10%を超え、約90%未満の入射光を透過させ、それによって第2の透過レベル膜54の減衰特性は、第1の透過レベル膜56と第3透過レベル膜52とのほぼ中間の減衰特性を有する。その結果、光が感光性表面に導かれると、レティクル50はフォトレジストの照明領域上に少なくとも3つの区別される強度を形成する。

0072

レティクル50に導かれる入射光が、所定の波長および所定の強度を有することは、本発明のひとつの特徴である。水銀アークランプから生成される、波長0.365μmのI線光は、典型的に、入射光源として用いられる(図示せず)。あるいは、波長0.248μmのフッ化クリプトンレーザなど、様々な別の波長が用いられ得る。レティクル上での光強度は、典型的に500〜1000ワットである。本発明の方法は、特別な光波長帯に限定されず、すべての好適な波長に適用可能である。

0073

図8は、レジスト厚、露光時間および不完全透過性膜の透過特性の関係を示すグラフである。規格化露光量1.0は、(現像後に)フォトレジストを完全に除去するために必要な露光時間に対応する。典型的に、フォトレジストを完全に露光するためには約100〜300msの露光時間を必要とする。透過率30%の不完全透過性膜(マスク)を使用することによって、約0.5の規格化露光量を用いて約10,000オングストロームのレジスト厚を生成することが可能になる。フォトレジスト中の中間レベルの厚さは、光強度および時間の関数である、レジストへのドースを変化させることによって調整され得る。しかし、低ドース(0.5規格化露光量よりもはるかに少ない)では、レジストプロファイルを通るビアを一貫して形成するために十分な光が提供されない。高ドース(0.5規格化露光量よりもはるかに多い)では、ビアの大きさが過大になり、ビア壁が傾斜することがしばしばある。従って、ビアが形成されるレジストの領域に不正確に光照射を行い、それによってプロファイルによるビア形成を不利に行うことなく、プロファイル中の適切な厚さに中間レベルが形成されるようにレジストに正確に光照射を行うように照射時間を選択することが、30%透過度膜を用いることによって可能になる。

0074

図9図12(a)は、複数の第2の透過レベル膜を有するマルチレベルレティクルの形成方法を示している。図9は、マルチレベルレティクル70の部分断面図である。レティクル70は、不透明膜、すなわち、第1の透過レベル膜72と、第1の不完全透過性膜74と、第2の不完全透過性膜76と、透明基板、すなわち、第3の透過レベル膜78と、その上に位置する、開口部を有する第1のフォトレジストプロファイル80とを備えている。

0075

図10は、第1エッチングステップ後の図9のマルチレベルレティクル70の部分断面図である。開口部は、不透明膜72、第2の不完全透過性膜76および第1の不完全透過性膜74にわたってエッチングされ、それによって基板78の所定の表面領域82を露出させる。エッチングされた開口部は、図9に示されるレジスト80のパターン中の開口部の下方に位置する。

0076

図11は、第2のフォトレジストプロファイル84が上に位置した状態の、図10に示すマルチレベルレティクル70の部分断面図である。レジストプロファイル84は、不透明膜72の所定の表面領域86を露出させるための開口部を有している。

0077

図12(a)は、第2のエッチングステップ後の図11に示すマルチレベルレティクル70の部分断面図である。エッチング後に、第1の不完全透過性膜74の所定表面領域88が露出される。レティクル70への入射光は、第1の透過レベルで不透明膜72を透過する。入射光は、第1の不完全透過性膜74および第2の不完全透過性膜76を第2の強度で透過する。入射光は、露出表面82の領域において基板78を第3の強度で透過する。

0078

図9図12(a)のレティクル70は、複数の第2透過レベル膜が設けられていることを除いて、図2図5のレティクル50と同様である。複数の第2の透過レベル膜74および76は、第1の強度よりも大きく第3の強度よりも小さい複数の第2の強度のうちの1つの強度で透過光を各々生成し、それによって第2強度の、ある範囲内の光が提供される。本発明は第2の透過レベル膜が2つのみの場合に限定されず、より多くの第2の透過レベル膜が用いられ得る。あるいは、レティクル70は、複数の第2の透過レベル膜74、76および72から成る第1の透過レベル膜を有するレティクル50であり得る。複数の第2の透過レベル膜74、76および72は各々不完全透過性膜層であり、その結果、複数の第2レベル膜74、76および72を介して透過される光の強度特性が累積し、それによって第1透過レベル膜の光透過特性が生成される。

0079

すなわち、第2の透過レベル膜は、図12(a)に示されるように組み合わせられ、2つあるいはそれ以上の不完全透過性膜の組み合わせによって生じる透過減衰および位相シフトが得られる。図12(b)は、複数の不完全透過性レベル膜を有するマルチレベルレティクルの部分断面図である。第3のフォトレジストパターンが形成され、それによって第1の透過レベル膜74の一部を露出し得る。次いで、第1の透過レベル膜74はエッチングされ、それによって第2の透過レベル膜76の領域89を露出させる。次いで、光は4つの強度(および位相)でレティクルを透過させられる。すなわち、不透明膜を透過する約0%の光強度と、第1の不完全透過性膜74および第2の不完全透過性膜76の組み合わせを有する領域88を透過する光強度と、第2の透過レベル膜76である領域89を透過する光強度と、水晶基板78の領域82を透過する光強度である。このプロセスは、不完全透過性膜の、さらに付加された層に繰り返され得る。

0080

第1の透過レベル膜が、複数の不完全透過性膜層74、76および72のうちの第1の数の膜、すなわち、実質的にすべての膜を有し、第2の透過レベル膜は、不完全透過性膜層74、76および72のうちの、第1の数よりも小さい第2の数の膜を備えていることが、本発明のひとつの特徴である。本発明においては、第1の透過レベル膜の不完全透過性膜層の数は3つのみに限られず、より多くの不完全透過性膜層が用いられ得る。

0081

図13は、感光性表面上、3つの強度で入射光を透過させる3レベルレティクルの部分断面図である。3レベルレティクル90は、透明基板92と、不完全透過性膜94と、不透明膜96とを備えている。レティクル90に入射する光98は、複数の強度の透過光100として出力される。説明を簡単にするために、レティクル90とフォトレジストマスク102との間で典型的に用いられるレンズは図示されない。露光システムには、フォトレジストをレティクルと同じ大きさに露光するものがあるが、縮小システムにおいてレンズを用い、それによってレティクルパターンよりも5倍あるいは10倍小さいパターンをレジスト上に生成することが一般的である。不透明膜96を介して透過される光は、フォトレジスト102の第1の領域104において、フォトレジスト102に実質的に影響を与えないように、実質的に遮断される。不完全透過性膜94を介して透過される光は、入射光98に対して30%の透過強度を有し、それによってフォトレジスト102に第1のレベル106が形成される。第3の強度で基板92を通過する入射光98は、レジスト102に開口部108を形成する。

0082

あるいは、図13は、入射光98を透過させ、それによって複数の厚さ102を有するプロファイルパターンを生成させるレティクル90として説明され得る。レティクル90は不完全透過性膜94を備え、この不完全透過性膜94は所定パーセントの入射光を減衰させ、それによって第1の厚さを有するフォトレジスト領域106を形成する。レティクル90は不透明膜96も備え、この不透明膜96は実質的にすべての入射光98を遮断し、それによって第1の厚さよりも大きい第2の厚さを有するフォトレジスト領域104が形成される。レティクル90は透明基板92を備え、この透明基板92は実質的にすべての入射光を通過させ、それによって第1の厚さ未満の第3の厚さを有するフォトレジスト領域108が形成される。本発明の好ましい形態において、開口部がフォトレジスト膜102に形成されるように第3の厚さは実質的にゼロである。

0083

さらに別の説明において、レティクル90は入射光98を透過させ、それによって感光性フォトレジスト膜102上に複数の厚さを有するプロファイルパターンが形成される。レティクル90は実質的にすべての入射光98を通過させる透明基板92を有し、それによってフォトレジスト膜102に開口部108が形成される。レティクル90は、実質的にすべての入射光98を遮断する不透明膜96も有し、それによって第2の厚さを有するフォトレジスト領域が形成される。レティクル90は、所定パーセントの入射光98を減衰させる不完全透過性膜94を備え、それによって第1の厚さを有するフォトレジスト領域106が形成される。第1の厚さは、第2の厚さの約1/3である。

0084

図14は、本発明の3レベルレティクルの形成方法のステップを示している。レティクルは入射光を透過させる。透過光は感光性表面の複数の領域を照明し、各領域は所定レベルの透過光で照明されることが、本発明のひとつの特徴である。ステップ120では、レティクル基板が提供される。ステップ122では、レティクル基板上に、入射光の一部を透過させるための少なくとも1つの膜が付着される。不完全透過性膜は、不完全透過性膜を介する透過において光強度を所定パーセント低下させ、基板は、基板に入射する実質的にすべての光を通過させる。ステップ124では、レティクル基板を覆って不透明膜が付着される。不透明膜は、実質的にすべての入射光が減衰されるように光を遮断する。ステップ126では、ステップ124において付着される不透明膜およびステップ122で付着される不完全透過性膜の選択的な部分がエッチングされ、それによってレティクル基板および不完全透過性膜の所定領域が露出される。ステップ128では、製造物、すなわち、レティクル基板、不完全透過性膜および残存する不透明膜の所定領域を通って光を透過させる、それによって3つの強度の光を生成させるレティクルが得られる。3つの強度を有する透過光は、感光性表面において少なくとも2つの厚さを有するパターン化されたプロファイルを生成し、典型的には表面を貫通する開口部が得られることが、本発明のひとつの特徴である。

0085

ステップ122が、各不完全透過性膜の光透過特性が累積し、それによって不完全透過性膜を通過する入射光が次第に減衰するように、複数の不完全透過性膜を付着して連続する層に形成することを含むことは、本発明のひとつの特徴である。このステップにおいて、複数の不完全透過性膜は異なるエッチング選択性を各々有し、隣接する不完全透過性膜のエッチングは別々のエッチングプロセスを必要とする。また、ステップ126が、所定の不完全透過性膜の選択的な部分をエッチングすることによって下方に位置する不完全透過性膜層を露出させ、それによって複数の不完全透過性膜の組み合わせが複数の透過光強度を提供することも、本発明のひとつの特徴である。

0086

以下のことが本発明のひとつの特徴である。ステップ122は、不透明膜の光透過特性を実質的に複製する複数の不完全透過性膜が累積的な減衰を行うように、複数の不完全透過性膜を付着することを含む。その結果、複数の不完全透過性膜の付着によって実質的に光の透過が遮断されるので、ステップ124はステップ122を含む。

0087

本発明の好ましい実施の形態において、ステップ122は、不完全透過性膜を付着して、レティクル基板に隣接し、かつ、レティクル基板上に位置する層を形成することを含み、ステップ124は、不透明膜を付着して、不完全透過性膜に隣接し、かつ、不完全透過性膜上に位置する層を形成することを含む。ステップ126は、不透明膜を介して光を透過させずに不完全透過性膜に光を導くように、不透明膜の選択された領域をエッチングすることを含む。ステップ126は、不透明膜あるいは不完全透過性膜のいずれにも光を透過させずにレティクル基板の選択された領域に光が導入されるように、不完全透過性膜および不透明膜の選択された部分をエッチングすることを含み、それによって少なくとも3つの強度を有する光が感光性表面を照明する。

0088

本発明の好ましい形態において、ステップ126は、第1のパターンを有するフォトレジストの第1の層を形成するステップを含む。第1の層は不透明膜の上に位置し、かつ、第1の層を貫通する開口部を有する。また、ステップ126は、前もって形成されたフォトレジストのパターン中の開口部によって露出された、不透明膜の所定領域をエッチングし、それによって不透明膜の下に位置する不完全透過性膜の第1の領域を露出させ、かつ、不完全透過性膜の第1の領域をエッチングし、それによって不完全透過性膜の下に位置するレティクル基板の所定の領域を露出させるステップを含む。さらに、ステップ126は、フォトレジストの第2の層を形成するステップを含む。第2の層は、不透明膜の上に位置し、かつ、第2の層を貫通する開口部を有する第2のパターンを有する。最後に、ステップ126は、上方に形成されたフォトレジスト中の第2のパターン中の開口部を介して露出された、不透明膜の所定領域をエッチングすることによって、不透明膜の下に位置する不完全透過性膜の第2の領域を露出させ、それによってレティクル基板の所定領域に導入された光が第1の強度で透過され、不完全透過性膜およびその下に位置する基板の第2の領域に導入された光が第2の強度で透過され、残存する不透明膜に導入された光が、不透明膜、下に位置する不完全透過性膜および基板を第3の強度で透過し、その結果感光性表面が照明されるステップを含む。

0089

図15は、本発明のマルチレベルフォトレジストパターン形成方法のステップを示す。ステップ140では、レティクル基板が提供される。ステップ142では、レティクル基板を覆って1つあるいはそれ以上の膜が付着され、それによって入射光の一部を透過させる。各不完全透過性膜は、不完全透過性膜を介する透過において光強度を所定パーセント低下させ、レティクル基板は実質的にすべての入射光を通過させる。ステップ144では、ステップ142で付着された不完全透過性膜を覆って、不透明膜が付着される。不透明膜は、実質的にすべての入射光が減衰されるように光を遮断する。ステップ146では、ステップ144で付着された不透明膜を覆って、フォトレジスト膜を貫通する第1の開口部を含むパターンを有する、フォトレジスト膜の第1の層が形成され、それによって不透明膜の所定領域が露出される。ステップ148では、ステップ146で露出された不透明膜の所定領域がエッチングされ、それによって不完全透過性膜の所定領域が露出される。

0090

ステップ150では、ステップ148において不完全透過性膜の所定領域がエッチングされ、それによってレティクル基板の所定領域が露出される。ステップ152では、フォトレジスト膜を貫通する第2の開口部を有するフォトレジスト膜の第2の層が不透明膜を覆って形成され、それによって不透明膜の所定領域が露出される。ステップ154では、ステップ152で露出された不透明膜の所定領域がエッチングされ、それによって不完全透過性膜の所定領域が露出される。ステップ156では、所定厚さの感光フォトレジスト基板をレティクルを透過する光に所定時間の間露光される。この時、ステップ150で露出されたレティクル基板の所定領域を透過する光は、第1のフォトレジスト領域を第1のドースに露光し、ステップ154で露出された不完全透過性膜の所定領域を通過する光は、第2のフォトレジスト領域を第2のドースに露光し、残存する不透明膜を透過する光は、第3のフォトレジスト領域を第3のドースに露光する。図8議論において説明したように、ドースは、表面上での透過光の強度と表面が露光された時間との関数である。

0091

ステップ158では、ステップ156で露光されたフォトレジスト基板を現像し、それによって第1のフォトレジスト領域に開口部を有するフォトレジストプロファイルを形成する。フォトレジストプロファイルは、第3のフォトレジスト領域においてフォトレジスト所定厚さを実質的に有し、かつ、第2のフォトレジスト領域において所定厚さとゼロとの間の中間厚さとを有する。それによって、レティクル基板および不完全透過性膜の所定領域を露出させることによって形成されるレティクルに導入された光は、少なくとも3つの強度の光を生成する。ステップ160では、製造物、すなわち、マルチレベルレティクルのプロファイルをほぼ複製する、少なくとも2つの厚さおよび開口部を有するプロファイルに変形されたフォトレジスト基板が得られる。

0092

図16は、単一の露光から複数の厚さを有するフォトレジスト膜をパターニングする本発明の方法のステップを図示している。ステップ170では、光源への単一の露光から感光性フォトレジスト膜が提供される。ステップ172では、第1の強度の光にフォトレジストの1領域を露光し、それによってフォトレジスト膜に開口部が形成される。光の第1の強度は、光源からの透過において実質的に減衰されない。ステップ174では、第2の強度の光にフォトレジストを露光し、それによって第1の厚さを有するフォトレジスト領域が形成される。光の第2の強度は、光源からの透過において一部が減衰される。ステップ176では、第3の強度の光にフォトレジストの領域を露光し、それによって第1の厚さよりも大きい第2の厚さを有するフォトレジスト領域が形成される。光の第3の強度は、光源からの透過において実質的に遮断される。ステップ178では、製造物、すなわち複数の厚さを有するフォトレジスト膜が得られる。

0093

図17は、単一のレティクルから2つの露光パターンを有するフォトレジストプロファイルを形成する本発明の方法を図示している。ステップ180では、フォトレジストプロファイルのための基板が提供される。ステップ182では、基板上に所定厚さのフォトレジストの層が設けられる。ステップ184では、第1の透過強度を有するレティクルを介してフォトレジストに光が導かれ、それによって第1の露光パターンが形成され、第2の透過強度を有する上記レティクルを介してフォトレジストに光が導かれ、それによって第2の露光パターンが形成される。ステップ186では、フォトレジストが現像され、それによって第1の露光パターンの領域における、ホトレジストの所定厚さ未満の第1の厚さを除去し、第2の露光パターンの領域におけるフォトレジストの第2の厚さを除去する。ステップ188では、製造物、すなわち複数の異なる厚さを有するフォトレジストの領域を含むプロファイルが得られる。

0094

以下は本発明のひとつの特徴である。ステップ184は、第3の透過強度を有するレティクルを介してフォトレジストに光を導き、それによってフォトレジストに第3の露光パターンが形成されるステップを含み、ステップ186は、第3の露光パターンの領域におけるフォトレジストの第3の厚さを除去するステップを含み、それによってプロファイルは少なくとも3つの異なる厚さを有するフォトレジストの領域を含む。

0095

好ましい実施の形態において、ステップ184は、第1の透過強度でフォトレジストを露光し、それによって第1の露光パターンを形成し、かつ、第1の透過強度よりも強い第2の透過強度でフォトレジストを露光し、それによって第2の露光パターンを形成するステップを含む。好ましい実施の形態において、第2の露光パターンは、少なくとも一部が第1の露光パターンに重畳する。多くの代表的な適用例において、フォトレジストは、その上に位置する接続ラインを有するビアを形成するために用いられる。ビアは、レジストに形成された孔、すなわち第2の露光パターンによって形成される。ラインは、レジストの中間レベル、すなわち、第1の露光パターンのレベルで形成される。ビアとラインとを電気的に連絡させるために、露光パターンは重畳しなければならない。

0096

図17の説明には、以下の注が補足される。第2の露光パターンに用いられた光は、第1の露光パターンに用いた光よりも単位領域当たりの光子ドースが大きい。また、ステップ186は、フォトレジストを現像し、それによって第2の露光パターンの領域におけるフォトレジストの所定厚さの全てを実質的に除去し、かつ、第1の露光パターンの領域において、所定厚さ未満の第1の厚さのみを除去するステップを含む。図8において説明したように、フォトレジストはドースの計算によって除去される。ドースは、与えられた領域にわたる光の強度および時間に依存する測定値である。同じ計算が、単位領域当たりの光子を用いて行われ得る。

0097

レティクルおよびレジストプロファイルを、3レベルレティクルから2レベルレジストプロファイルを形成することに主に焦点をあてて説明したが、本発明はそれらに限定されない。詳細に上述した方法は、3つを超えるレベルを有し、それによって2つを超えるレベルのレジストプロファイルを形成するためのレティクルに適用可能である。

0098

図18(a)〜図18(d)は、本発明の別の実施の形態である、マルチレベルフォトレジストプロファイルからマルチレベルレティクルを形成する方法を図示している。図18(a)において、フォトレジスト膜190が、不透明層すなわちクロム層192と、不完全透過性膜すなわちハーフトーン(HT)膜194と、水晶基板196とを備えたマルチレベルレティクル191を覆って形成される。図18(b)において、レジストが、電子ビーム(eビーム)を用いて2つのレベルに除去される。eビームはレジストを中間層198まで除去し、また、他の位置ではレジストを完全に除去し、それによって不透明膜192の領域200を露出させる。図18(c)において、領域200の下の不透明膜192および不完全透過性膜194が除去されるようにレティクル191がエッチングされ、それによって基板196の領域202が露出される。図18(d)において、不透明膜192の領域204が露出するように、レジスト190の一部が除去される。図18(e)において、不透明膜192の領域204がエッチングされ、不完全透過性膜194の領域206が露出される。図18(e)において、残存するレジスト190が除去される。図18(e)のレティクル191は、図5のレティクル50と同じである。しかし、レティクル191は、1回のレジスト現像プロセスで形成されている。また、アラインメント特性は、図5のレティクルで可能であるアラインメント特性よりも優れている。領域200(図4の60)は、図4に示されるように、第2のレジストパターンとのアライメント精度が必要であり、領域206と領域200との間で0.005ミクロンのアラインメント精度が達成される。領域206は、典型的に、誘電体の中間インタレベル中のライン(トレンチ)相互接続に対応し、領域200はビアに対応する。上記のプロセスでは3レベルレティクルの形成が記載されているが、本発明はそれらに限定されない。同一のプロセスは、レティクル191を覆って3つあるいはそれ以上のレベルを有するレジストを形成し、それによって4つあるいはそれ以上のレベルを有するレティクルを形成するためにも適用され得る。本発明の範囲内の改変および変更は、当業者によって行われる。

発明の効果

0099

本発明によれば、入射光が通過し、それによって感光性フォトレジスト表面上で所定の照射領域を規定するレティクルが提供される。レティクルが、第1の強度の透過光を生成させる第1透過レベル膜と、第1の強度よりも大きい第2の強度の透過光を生成させる第2透過レベル膜と、第2の強度よりも大きい第3の強度の透過光を生成させる第3透過レベル膜と、を備えているため、1回の露光で、複数の厚さを有するマルチレベルレジストを形成することができる。

0100

本発明によれば、マルチレベルレティクルを介した一度の露光で、マルチレベルレジストに複数の厚さを形成することができるので、マルチレベルレジストにおけるレベル間のミスアライメントを抑制できる。

図面の簡単な説明

0101

図13つのビアを形成するためのレティクルおよびレティクルを透過する光の相対強度の部分断面図である(先行技術)。
図2第1のフォトレジストパターンが上に位置している状態の、3レベルレティクルの部分断面図である。
図3第1のエッチングステップ後の図2の3レベルレティクルの部分断面図である。
図4第2のフォトレジストパターンが上に位置している状態の、図3の3レベルレティクルの部分断面図である。
図5第2のエッチングステップ後の図4の3レベルレティクルの部分断面図である。
図63レベルレティクルから形成される2レベルフォトレジストパターンの部分断面図である。
図7パターンの分解能を高めるために位相シフトを用いた3レベルレティクルから形成される2レベルフォトレジストパターンの部分断面図である。
図8レジスト厚、露光時間および不完全透過性膜の透過特性の間の関係を示すグラフである。
図9マルチレベルレティクルの部分断面図である。
図10第1のエッチングステップ後の図9のマルチレベルレティクルの部分断面図である。
図11第2のフォトレジストパターンが上に位置した状態の、図10のマルチレベルレティクルの部分断面図である。
図12(a)は、第2のエッチングステップ後の図11のマルチレベルレティクルの部分断面図である。断面図、(b)は、複数の不完全透過性レベル膜を有するレティクルの部分断面図である。
図13入射する光を3つの強度で感光性表面に透過させる3レベルレティクルの部分断面図である。
図143レベルレティクルを形成するための本発明の方法におけるステップを示す図である。
図15マルチレベルフォトレジストパターンを形成するための本発明の方法のステップを示す図である。
図16単一の露光から複数の厚さを有するフォトレジスト膜をパターニングするための本発明の方法のステップを示す図である。
図17単一のレティクルから2つの露光パターンを有するフォトレジストプロファイルを形成する本発明の方法を示す図である。
図18(a)〜(e)は、本発明の別の実施形態を示す、マルチレベルフォトレジストプロファイルからマルチレベルレティクルを形成する方法を示す図である。

--

0102

50 3レベルレティクル
52水晶基板(第3の透過レベル膜)
54不完全透過性膜(第2の透過レベル膜)
56 不透明膜(第1の透過レベル膜)
60 水晶基板の所定領域
64 不完全透過性膜の所定表面領域

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