(57)【要約】【課題】フォトリソグラフィによる集積回路やマイクロマシンの加工において、被写界深度やプロキシミティギャップ許容偏差を超える段差があっても露光が可能な微細構造配置方法を提供する。【解決手段】投影露光においては、チップ内の回路等のブロック間高低差および焦点深度に基づき、合焦位置の集合として仮想的な合焦空間を定義する。この空間内に各ブロックの表面がおさまるように各ブロックの配置を決定し、ウエハーを光軸に対して傾けて露光する。プロキシミティ露光においても同様に、ギャップの偏差を満足する位置の集合として、各ブロック上に仮想的な許容偏差空間を定義し、その中におさまるようにマスクを置いて露光する。【選択図】      図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
フォトリソグラフィ工程で形成され、高低差のある複数のブロックに分割された微細構造の配置方法であって、前記ブロック間の高低差および前記ブロックそれぞれにおけるプロキシミティギャップ許容偏差あるいは露光焦点深度に応じて前記ブロックの配置を定めることを特徴とする微細構造の配置方法。
【請求項２】
前記微細構造が半導体集積回路またはマイクロマシン、あるいはこれらの組み合わせである請求項１に記載の微細構造の配置方法。
【請求項３】
前記半導体がシリコンまたは化合物半導体、あるいはこれらの組み合わせである請求項２に記載の微細構造の配置方法。
【請求項４】
請求項１から３による配置方法を用いて微細構造を製造する微細構造の製造方法。
【請求項５】
前記製造方法にもとづいて微細構造を製造する微細構造の製造装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は紫外線やＸ線などによるフォトリソグラフィ技術で形成される微細構造の配置方法、製造方法、製造装置に関し、特に大きな高低差を有する微細構造の配置方法、製造方法、製造装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
半導体集積回路などの微細構造の加工には主として紫外線あるいはＸ線によるフォトリソグラフィ技術が用いられている。
【０００３】
紫外線によるフォトリソグラフィにおいては、紫外線をフォトマスクに透過させフォトマスク上の加工パターンをレンズによって縮小して加工対象上に投影している。この方式は縮小投影露光方式と呼ばれている。
【０００４】
Ｘ線によるフォトリソグラフィにおいては、フォトマスクと加工対象を１０マイクロメートル程度まで近接させた状態でＸ線を照射し、フォトマスク上の加工パターンを加工対象上に直接投影している。この方式はプロキシミティ露光方式と呼ばれている。
【０００５】
縮小投影露光方式ではレンズを用いているから、加工パターンがボケずに投影される高さの範囲は焦点深度以内に制限される。近年の０．１μｍ以上の高解像度を実現する半導体露光装置においては、焦点深度は１μｍ以下である。
【０００６】
Ｘ線プロキシミティ露光方式では、フォトマスク上のＸ線遮光層の有無により加工対象物の上にＸ線の強度と位相の分布が生じる。ここではＸ線の回折と干渉が加工パターン形成にかかわっているから、フォトマスクと加工対象物の距離（プロキシミティギャップと呼ばれる）を所定の許容範囲内におさめないと所望の加工パターンを得られない。０．１μｍ以上の高解像度を実現する半導体露光装置においては、プロキシミティギャップの許容範囲の幅は２〜３μｍ程度である。
【０００７】
したがって縮小投影露光方式とプロキシミティ露光方式のいずれの場合も加工対象物の高低差が所定の範囲内におさまっていないと露光が不可能である。
【０００８】
近年、異なる機能の集積回路を１チップ内におさめるシステムオンチップと呼ばれる技術が発達してきているが、機能ごとに素子構造が違うため機能ブロック間に大きな高低差がある。
【０００９】
また、微細な機械構造であるマイクロマシンと半導体集積回路を同一チップ上に形成する場合、集積回路部分がほぼ平坦であるのに対しマイクロマシン部分は立体構造であるから、マイクロマシン部分と集積回路部分の間に大きな高低差がある。
【００１０】
また、シリコン基板上にガリウムひ素層を堆積することでガリウムひ素高周波増幅回路とシリコン論理回路を同一チップ上に形成する場合、高周波増幅回路部分と論理回路部分の間に大きな高低差がある。
【００１１】
【特許文献１】
特開平０５−１４４７１０
【特許文献２】
特開平０６−０１３２９１
【特許文献３】
特開平０６−１７７００３
【００１２】
【発明が解決しようとする課題】
上記で説明したように、高低差が所定範囲を超える加工対象物については、高さの高い部分と低い部分を別々に露光しなければならず、工程数の増加によるコスト増をまねいており、大きな高低差のある微細構造を一括加工する方法が望まれていた。
【００１３】
【課題を解決するための手段】
前述の課題を解決するため本発明では、高低差のあるブロック間の高低差および前記ブロックそれぞれにおけるプロキシミティギャップ許容偏差あるいは露光焦点深度に応じて前記ブロックの配置を定めることにより、大きな高低差のある微細構造を一括加工することを可能にしている。
【００１４】
【発明の実施の形態】
図１は本発明の方法により配置を決定され、Ｘ線プロキシミティ露光技術を用いて作成される半導体集積回路の断面を示す図であり、ウエハー上に多数形成されるチップのうちの１個の断面を拡大したものである。
【００１５】
１個の半導体集積回路チップの大きさは、通常縦横が１ｍｍから数ｍｍ程度、高低差は数μｍ以内であるが、図１では説明の都合上、高さ方向を横方向に対しておよそ１０００倍程度拡大して表示している。
【００１６】
Ｘ線プロキシミティ露光方式では、マスクを透過したＸ線をマスクの直近に配置したウエハーに投射して露光パターンを得る。ウエハー上に投射されるＸ線はマスクの透過部を通過したものだけではなく、遮光部を通過して位相変化したものが含まれ、回折によって両者が重なりウエハー上の露光パターンが得られる。つまり露光パターン形成には回折と干渉がかかわっているから、プロキシミティギャップすなわちマスクとウエハーの距離によって露光パターンは変化する。したがって露光時にはあらかじめ定めた最適値の近傍にプロキシミティギャップを保たなければならない。
【００１７】
図１において露光に用いるＸ線はほぼ並行で上方向から照射されるものとする。
【００１８】
Ｗ１はウエハーであり、Ｃ１はウエハーＷ１上に形成されたチップである。チップＣ１は、それぞれ高さと回路集積密度の異なる機能ブロックＢ１、Ｂ２およびＢ３からなる。機能ブロックＢ１、Ｂ２およびＢ３はそれぞれエッチングや半導体材料の堆積によって形成されている。また、機能ブロックＢ１、Ｂ２およびＢ３は配置順序を保ち、相互間の配線に必要な間隙をあけさえすれば水平方向にそれぞれ位置を変えることができる。
【００１９】
Ｘ線プロキシミティ露光においては、露光対象の上面とマスクを最適プロキシミティギャップｇだけ離して配置する必要がある。実際の露光工程においてはプロキシミティギャップに関してある程度の偏差を許容しなければならない。一般に要求解像度が高いほど最適プロキシミティギャップｇからの許容偏差は小さくなる。
【００２０】
各機能ブロックの上面から最適プロキシミティギャップｇだけ離れた面を最適ギャップ面と定義し、最適ギャップ面から上側に許容偏差分だけ離れた面を許容ギャップ上面と定義する。同様に、最適ギャップ面から下側に許容偏差分だけ離れた面を許容ギャップ下面と定義する。なお、最適ギャップ面から上側の許容偏差と下側の許容偏差は同じ値とは限らず、図１においては下側の許容偏差のほうが上側のそれに対して大きいものとしている。許容ギャップ上面と許容ギャップ下面ではさまれた空間を許容ギャップ空間と定義する。
【００２１】
図１においてＧ１は機能ブロックＢ１に対応する最適ギャップ面、Ｕ１１は許容ギャップ上面、Ｌ１１は許容ギャップ下面である。同様にＧ２は機能ブロックＢ２に対応する最適ギャップ面、Ｕ１２は許容ギャップ上面、Ｌ１２は許容ギャップ下面であり、Ｇ３は機能ブロックＢ３に対応する最適ギャップ面、Ｕ１３は許容ギャップ上面、Ｌ１３は許容ギャップ下面である。Ｓ１１は機能ブロックＢ１に対応する許容ギャップ空間、Ｓ１２は機能ブロックＢ２に対応する許容ギャップ空間、Ｓ１３は機能ブロックＢ３に対応する許容ギャップ空間である。
【００２２】
Ｍ１は平面状の仮想マスク面である。仮想マスク面Ｍ１の最適位置を求めた後、実際のマスクを仮想マスク面Ｍ１に近づけるようにマスクとウエハーＷ１の位置を制御することで所望の露光結果が得られる。
【００２３】
チップＣ１のように機能ブロック間の高低差が大きい場合、マスクをウエハーとほぼ並行に保つ従来のプロキシミティ露光方法ではチップ全体にわたってプロキシミティギャップを許容偏差内におさめることができず、全体を一度に露光することができなかった。しかしマスク面Ｍ１がすべての許容ギャップ空間を通るよう設定することにより、すべての機能ブロックを同時に露光することができる。
【００２４】
図１は本発明の方法によって機能ブロックＢ１、Ｂ２、Ｂ３の配置と仮想マスク面Ｍ１の配置を決定した状態を示している。
【００２５】
図２は図１と同様に機能ブロックＢ１、Ｂ２、Ｂ３からなるが各ブロックの配置だけがチップＣ１とは異なるチップＣ２を示した図であり、図１と同様に高さ方向を横方向に対しておよそ１０００倍程度拡大して表示している。チップＣ２はウエハーＷ２上に形成されるものとする。Ｍ２は仮想マスク面である。
【００２６】
チップＣ２の場合、機能ブロックＢ１、Ｂ２、Ｂ３が密に配置されているため、仮想マスク面Ｍ２をすべての許容ギャップ空間Ｓ１１、Ｓ１２、Ｓ１３を通るよう設定することができない。したがってチップＣ２のすべての機能ブロックを同時に露光することはできない。
【００２７】
このような不都合を避けるには、すべての機能ブロックに対応する許容ギャップ空間を通るような平面を定義できるように機能ブロックを配置しなければならない。
【００２８】
機能ブロック間隔を広げるとチップ面積が大きくなり、それに伴って機能ブロック間の配線抵抗と静電容量の増加、歩留まりの低下、コストの増加が問題にある可能性がある。これらが実用上問題にならない範囲で機能ブロック配置を決定しなければならない。
【００２９】
以上説明した実施形態においては、仮想マスク面Ｍ１が許容ギャップ空間Ｓ１１、Ｓ１２、Ｓ１３のどこを通っても構わないものとしている。しかし実際の集積回路等の製造時に発生するプロキシミティギャップ誤差をある程度許容するためには、仮想マスク面Ｍ１をなるべく最適ギャップ面Ｇ１、Ｇ２、Ｇ３に近づけるよう設定するのが望ましい。
【００３０】
仮想マスク面を最適ギャップ面に近づけるよう設定する具体的な方法の一例を図３を用いて説明する。
【００３１】
図３はチップＣ１の機能ブロックＢ１に対応する許容ギャップ空間Ｓ１１とその周辺を示したものである。
【００３２】
図３に示すように許容ギャップ空間Ｓ１１は適当な大きさのメッシュに分割されており、各メッシュには最適ギャップ面Ｇ１からの距離に応じた点数が割り当てられている。図３においては最適ギャップ面Ｇ１を含むメッシュには１０点が割り当てられ、最適ギャップ面Ｇ１から最も遠いメッシュには３点が割り当てられている。同様に他の機能ブロックに関しても、許容ギャップ空間のメッシュ分割と点数割り当てを行う。
【００３３】
すでに述べた方法で機能ブロックＢ１、Ｂ２、Ｂ３の配置を決め、仮想マスク面Ｍ１の位置を設定した後、仮想マスク面Ｍ１が通過したメッシュに割り当てられている点数の積算値を求める。こうして求めた積算値を最大にするように機能ブロック配置と仮想マスク面位置を決定すれば、仮想マスク面を最適ギャップ面に近づけることができる。
【００３４】
各メッシュに割り当てられた点数は、当該メッシュ内に仮想マスク面を配置してＸ線露光を行ったときにウエハー面上でどれだけ精度の高いマスク像が得られるかを示す指標である。本実施形態において、最適ギャップ面Ｇ１より上の部分と下の部分をくらべると、下の部分のほうが許容ギャップ空間が広く、最適ギャップ面Ｇ１からの距離が遠くなったときの点数減少がゆるやかなものになっている。
【００３５】
図３においてはメッシュの形状と大きさがすべて同一で、各メッシュに割り当てられる点数は最適ギャップ面Ｇ１からの距離に応じて決められていた。しかしひとつの機能ブロック内に局所的に高い解像度が要求される部分がある場合には、その部分に対応する許容ギャップ空間を局所的に狭めた上でより小さなメッシュに分割することも可能である。その際、メッシュの形状を矩形に限定する必要はない。
【００３６】
また、ひとつの機能ブロック内で高さが一様でない場合でも、上記と同様に許容ギャップ空間を定義しメッシュに分割することが可能である。この場合もメッシュの形状を矩形に限定する必要はない。
【００３７】
以上説明した実施形態においては、チップを構成する機能ブロックが長方形で直線状に並んでいると仮定していたから、機能ブロックの配置と仮想マスク面の設定を二次元平面上の作図で決定することができた。しかし実際のチップはこのような単純な構造とは限らない。
【００３８】
たとえば図４に示すような配置のチップＣ３を考える。図４はチップＣ３を上から観察した図である。チップＣ３は機能ブロックＢ４、Ｂ５、Ｂ６からなり、ウエハーＷ３上に形成される。機能ブロックＢ４、Ｂ５、Ｂ６はそれぞれ高さと要求解像度が異なるものとする。
【００３９】
このように構成されたチップＣ３においては、チップＣ１のように二次元平面状の作図で機能ブロック配置とマスク面設定を決定することができない。しかし前記の実施形態と同様に、機能ブロックＢ４、Ｂ５、Ｂ６に対応する三次元の許容ギャップ空間を定義し、許容ギャップ空間内を直方体のメッシュに分割することで機能ブロック配置と仮想マスク面位置を決定することができる。
【００４０】
チップＣ３の場合もチップＣ１に関する実施形態と同様に、機能ブロック内に要求解像度が異なる部分が局所的に存在することや、機能ブロック内の高さが一様でないことに対応可能である。すなわち機能ブロックＢ４、Ｂ５、Ｂ６に対応する許容ギャップ空間をメッシュに分割する場合、異なる大きさの直方体メッシュに分割してもかまわないし、直方体以外の形状のメッシュに分割してもかまわない。
【００４１】
以上説明した実施形態においては、マスクに対するウエハーの相対的傾きがわずかであるとみなしていたため、ウエハー上に投影されるマスクパターンの大きさがマスクの傾きによって変化することは考慮しなかった。しかし傾きが大きい、あるいはマスクパターンがきわめて微細である場合、傾きによる投影パターンの大きさ変化が無視できなくなることがある。
【００４２】
このような場合には、ウエハーとマスクのなす角度をθとするとき、あらかじめマスクの大きさを傾き方向に１／ｃｏｓθ倍に拡大して作成することでマスクの傾きによる影響を避けることができる。
【００４３】
また、マスクの大きさをダイナミックに拡大させられる露光装置を使用するならば、マスクの大きさを傾き方向に１／ｃｏｓθ倍に拡大すればよい。
【００４４】
また、マスクの大きさをダイナミックに縮小させられる露光装置を使用するならば、あらかじめマスク全体を１／ｃｏｓθ倍に拡大して作成しておき、露光時にマスクを傾き方向と垂直な方向にｃｏｓθ倍に縮小すればよい。
【００４５】
また、温度制御によってウエハーを伸縮させられる露光装置を使用するならば、露光時にウエハー全体を１／ｃｏｓθ倍に拡大し、マスクを傾き方向と垂直な方向にｃｏｓθ倍に縮小すればよい。あるいはマスクをあらかじめ傾き方向と垂直な方向にｃｏｓθ倍に縮小して作成すればよい。
【００４６】
以上説明した実施形態においては、ウエハーを露光Ｘ線に対してほぼ垂直に保ち、マスクを傾けることで所望の露光パターンを得ていた。しかし逆にマスクを露光Ｘ線に対してほぼ垂直に保ち、ウエハーを傾けても所望の露光パターンを得ることができる。
【００４７】
また、ウエハーとマスクのいずれもが露光Ｘ線に対してほぼ垂直の角度をなさない状態であっても、ウエハーとマスクが上で説明したような位置関係を満たしさえすれば所望の露光パターンを得ることができる。
【００４８】
以上説明した実施形態はＸ線プロキシミティ露光に本発明を適用した例であった。以下に縮小投影露光方式に本発明を適用した実施形態を説明する。
【００４９】
縮小投影露光方式はマスクを透過した紫外線または電子線を光学レンズや電子レンズでウエハー上に縮小投影するものであり、レンズなどの特性で定まる焦点深度の範囲でしか良好な露光パターンを得ることができない。
【００５０】
図５は本発明の方法によって配置を決定され、縮小投影露光方式で作成される半導体集積回路の断面を示す図であり、ウエハー上に多数形成されるチップのうちの１個の断面を拡大したものである。図１と同様に高さ方向を横方向に対しておよそ１０００倍程度拡大して表示している。
【００５１】
Ｗ４は半導体ウエハーであり、Ｃ４は半導体ウエハーＷ４上に形成されたチップである。チップＣ４は、それぞれ高さと回路集積密度の異なる機能ブロックＢ７、Ｂ８およびＢ９からなる。機能ブロックＢ７、Ｂ８およびＢ９はそれぞれエッチングや半導体材料の堆積によって形成されている。また、機能ブロックＢ７、Ｂ８およびＢ９は配置順序を保ち、相互間の配線に必要な間隙をあけさえすれば水平方向にそれぞれ位置を変えることができる。
【００５２】
縮小投影露光においては、露光対象の上面に焦点を合わせる必要がある。実際の露光工程においては焦点の位置に関してある程度の偏差を許容しなければならない。この許容偏差が焦点深度であり一般に要求解像度が高いほど許容偏差は小さくなる。
【００５３】
各機能ブロックの上面を平面とみなし、この平面を最適焦点面と定義し、最適焦点面から上側に許容偏差分だけ離れた面を許容焦点上面と定義する。同様に、最適焦点面から下側に許容偏差分だけ離れた面を許容焦点下面と定義する。許容焦点上面と許容焦点下面ではさまれた空間を許容焦点空間と定義する。なお、最適焦点面から上側の許容偏差と下側の許容偏差は同じ値とは限らず、図５においては下側の許容偏差のほうが上側のそれに対して大きいものとしている。
【００５４】
図５においてＦ１は機能ブロックＢ７に対応する最適焦点面、Ｕ４１は許容焦点上面、Ｌ４１は許容焦点下面である。同様にＦ２は機能ブロックＢ８に対応する最適焦点面、Ｕ４２は許容焦点上面、Ｌ４２は許容焦点下面であり、Ｆ３は機能ブロックＢ９に対応する最適焦点面、Ｕ４３は許容焦点上面、Ｌ４３は許容焦点下面である。Ｓ４１は機能ブロックＢ７に対応する許容焦点空間、Ｓ４２は機能ブロックＢ８に対応する許容焦点空間、Ｓ４３は機能ブロックＢ９に対応する許容焦点空間である。
【００５５】
Ｐ１は平面状の仮想焦点面である。仮想焦点面Ｐ１の最適位置を求めた後、実際の焦点面が仮想焦点面Ｐ１に一致するようにウエハーＷ４の位置を制御することで所望の露光結果が得られる。
【００５６】
チップＣ４のように機能ブロック間の高低差が大きい場合、ウエハーを露光光または露光電子ビームとほぼ垂直に保つ従来の縮小投影露光方式では、チップ全体にわたって焦点面からの偏差を許容範囲内におさめることができず、全体を一度に露光することができなかった。しかしウエハーを傾けることにより焦点面Ｐ１がすべての許容焦点空間を通るよう設定することにより、すべての機能ブロックを同時に露光することができる。
【００５７】
図５は本発明の方法によって機能ブロックＢ７、Ｂ８、Ｂ９の配置と仮想焦点面Ｐ１の配置を決定した状態を示している。
【００５８】
ここで最適焦点面を先の実施形態における最適ギャップ面に対応させ、許容焦点上面を許容ギャップ上面に、許容焦点下面を許容ギャップ下面に、許容焦点空間を許容ギャップ空間に、仮想焦点面を仮想マスク面にそれぞれ対応させる。こうすることで先の実施形態と同様な方法でウエハーを傾けることにより機能ブロックＢ７、Ｂ８、Ｂ９の配置と仮想焦点面Ｐ１の配置を決定することができる。
【００５９】
先の実施形態と同様に、ひとつの機能ブロック内に局所的に高い解像度を要求する部分があったり、ひとつの機能ブロック内で高さが一様でない場合でも、一様でないメッシュ形状・大きさを用いることにより対応可能である。
【００６０】
先の実施形態と同様に本実施形態においても、マスクに対するウエハーの相対的傾きによる投影パターンの大きさ変化が無視できなくなることがある。
【００６１】
縮小投影露光に用いるマスクは一般に大型のため、大きさをダイナミックに変えることはむずかしい。しかしマスクをあらかじめ所定の大きさに拡大または縮小して作成する、あるいはウエハーを温度制御により伸縮させる、あるいはこれらの組み合わせによって先の実施例と同様にマスクに対するウエハーの相対的傾きの影響を避けることができる。
以上説明した縮小投影露光方式に関する実施形態においては、レンズ特性などによって定まる焦点深度の範囲内に各機能ブロックの表面を配置する必要があった。マスクを用いない電子ビーム露光方式においても、十分に細い電子ビームを得られる範囲は限られており、縮小投影露光方式の場合より一般に範囲は広いものの、この焦点深度範囲内に各機能ブロックの表面を配置する必要がある。この場合も縮小投影露光方式の場合と全く同様に本発明を適用することが可能である。
【００６２】
以上説明した実施形態において半導体集積回路について説明したが、本発明は微細な機械構造を持つマイクロマシンに対しても半導体集積回路と同様に適用できる。
【００６３】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば高低差のある加工対象物を一括加工することが可能になり、工程数の減少によるコスト削減効果がある。
【図面の簡単な説明】
【図１】Ｘ線プロキシミティ露光技術を用いて作成される半導体集積回路の断面であり、本発明の方法により機能ブロックを配置した例を示す図。
【図２】Ｘ線プロキシミティ露光技術を用いて作成される半導体集積回路の断面であり、すべてのブロックを同時に露光するようにマスク面を配置することができない例を示す図。
【図３】許容ギャップ空間のメッシュ分割と点数割り当ての例を示す図。
【図４】機能ブロックが直線状に並ばないチップの例を示す図。
【図５】縮小投影露光技術を用いて作成される半導体集積回路の断面であり、本発明の方法により機能ブロックを配置した例を示す図。
【符号の説明】
Ｗ１，Ｗ２，Ｗ３，Ｗ４  ウエハー
Ｃ１，Ｃ２，Ｃ３，Ｃ４  チップ
Ｂ１，Ｂ２，Ｂ３，Ｂ４，Ｂ５，Ｂ６，Ｂ７，Ｂ８，Ｂ９  機能ブロック
Ｇ１，Ｇ２，Ｇ３  最適ギャップ面
Ｌ１１，Ｌ１２，Ｌ１３  許容ギャップ下面
Ｕ１１，Ｕ１２，Ｕ１３  許容ギャップ上面
Ｓ１１，Ｓ１２，Ｓ１３  許容ギャップ空間
Ｍ１，Ｍ２  仮想マスク面
Ｆ１，Ｆ２，Ｆ３  最適焦点面
Ｌ４１，Ｌ４２，Ｌ４３  許容焦点下面
Ｕ４１，Ｕ４２，Ｕ４３  許容焦点上面
Ｓ４１，Ｓ４２，Ｓ４３  許容焦点空間
Ｐ１  仮想焦点面
θ  マスクに対するウエハーの相対的傾き角度
ｇ  最適プロキシミティギャップ
【図１】
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【図２】
2005026438.tif 000004
【図３】
2005026438.tif 000005
【図４】
2005026438.tif 000006
【図５】
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