(57)【要約】【課題】  光スイッチング素子で構成した露光マスクを用い、特定の固有情報を予め書き込んだROMを含む電子回路を集積した集積回路を製造する。【解決手段】  入射光に対する透過光又は反射光の光強度を変化させて露光毎に異なる露光パターンを形成する露光マスクであって、露光パターンは光経路に直交して平行に配設された第１光学面２及び第２光学面６からなる光スイッチング素子により形成してなり、この光スイッチング素子は変位手段が外部から印加される電気信号に応じた力を第２光学面６に加えてこの第２光学面６を変位させて前記光経路の長さを増減させ、この光経路の長さの増減に伴う光の干渉作用の変化を利用して、入射光に対する透過光又は反射光の光強度を変化させる露光マスクを用いて、集積回路を製造する。【選択図】  図７a
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
入射光に対する透過光又は反射光の光強度を変化させて露光毎に異なる露光パターンを形成する露光マスクであって、露光パターンは光経路に直交して平行に配設された第１光学面及び第２光学面からなる光スイッチング素子により形成してなり、該光スイッチング素子は変位手段が印加される電気信号に応じた力を第１光学面又は第２光学面に加えて該第１光学面又は第２光学面を変位させて前記光経路の長さを増減させ、該光経路の長さの増減に伴う光の干渉作用の変化を利用して、入射光に対する透過光又は反射光の光強度を変化させてなる露光マスク。
【請求項２】
光スイッチング素子は、印加される電気信号に応じて発生する電界又は磁界により、変位する第１光学面又は第２光学面に加えられる静電気力又は磁力を変位手段として有してなる請求項１記載の露光マスク。
【請求項３】
露光パターンは、光スイッチング素子により入射光に対する透過光又は反射光の光強度を変化させて形成する露光毎に異なる可変パターンと、入射光に対する透過光又は反射光の光強度を変化させない不変な固定パターンとを合わせて一体とする請求項１記載の露光マスク。
【請求項４】
光スイッチング素子は、所定数を単位として露光毎に異なる露光パターンを形成してなり、入射光に対する透過光又は反射光の光強度を各光スイッチング素子毎に変化させて形成される露光毎に異なる露光パターンが、前記所定数を最大ビット数とする特定の固有情報を構成してなる請求項１記載の露光マスク。
【請求項５】
光スイッチング素子は、所定数を１次元配列して露光毎に異なる露光パターンを形成してなり、入射光に対する透過光又は反射光の光強度を各光スイッチング素子毎に変化させて形成される露光毎に異なる露光パターンが、前記所定数を最大ビット数とする特定の固有情報を構成してなる請求項１記載の露光マスク。
【請求項６】
光スイッチング素子は、所定数を２次元配列して露光毎に異なる露光パターンを形成してなり、入射光に対する透過光又は反射光の光強度を各光スイッチング素子毎に変化させて形成される露光毎に異なる露光パターンが、前記所定数を最大ビット数とする特定の固有情報を構成してなる請求項１記載の露光マスク。
【請求項７】
光スイッチング素子は、変位させる第１光学面又は第２光学面の変位量を制限する変位制限ストッパを第１光学面又は第２光学面に対して付設した請求項１記載の露光マスク。
【請求項８】
光スイッチング素子は、変位させる第１光学面又は第２光学面の変位量を制限するストッパ透過面を、第１光学面及び第２光学面と平行に配設してなる請求項１記載の露光マスク。
【請求項９】
光スイッチング素子は、変位させる第１光学面又は第２光学面の変位量を制限するストッパ透過面を、該ストッパ透過面は光経路の長さを減ずる方向に変位させる第１光学面又は第２光学面の前記変位方向と同じ側に設け、該第１光学面又は第２光学面が変位した際に前記第１光学面又は第２光学面に接面させてなる請求項１記載の露光マスク。
【請求項１０】
光スイッチング素子は、変位させる第１光学面又は第２光学面の変位量を制限するストッパ透過面を、該ストッパ透過面は光経路の長さを減ずる方向に変位させる第１光学面又は第２光学面の前記変位方向の反対側に設け、該第１光学面又は第２光学面が復元した際に前記第１光学面又は第２光学面と接面させてなる請求項１記載の露光マスク。
【請求項１１】
光スイッチング素子は、変位させる第１光学面又は第２光学面の変位量を制限するストッパ透過面を第１光学面及び第２光学面と平行に配設し、第１光学面又は第２光学面が変位した際に前記ストッパ透過面に接面する範囲以下の透過窓を開口した遮光面を、第１光学面及び第２光学面と平行に配設してなる請求項１記載の露光マスク。
【請求項１２】
光スイッチング素子は、変位させる第１光学面又は第２光学面の変位量を制限するストッパ透過面を第１光学面及び第２光学面と平行に配設し、第１光学面又は第２光学面が変位した際にストッパ透過面に接面する範囲以下の透過窓を開口した遮光面を、第１光学面の上面又は下面に添設してなる請求項１記載の露光マスク。
【請求項１３】
光スイッチング素子は、変位させる第１光学面又は第２光学面の変位量を制限するストッパ透過面を第１光学面及び第２光学面と平行に配設し、第１光学面又は第２光学面が変位した際にストッパ透過面に接面する範囲以下の透過窓を開口した遮光面を、第２光学面の上面又は下面に添設してなる請求項１記載の露光マスク。
【請求項１４】
光スイッチング素子は、変位させる第１光学面又は第２光学面の変位量を制限するストッパ透過面を第１光学面及び第２光学面と平行に配設し、第１光学面又は第２光学面が変位した際にストッパ透過面に接面する範囲以下の透過窓を開口した遮光面を、ストッパ透過面の上面又は下面に添設してなる請求項１記載の露光マスク。
【請求項１５】
露光マスクの露光パターンをウェハ表面のレジスト膜に焼き付けるに際し、光の干渉作用を利用して入射光に対する透過光又は反射光の光強度を変化させる光スイッチング素子を、所定数を単位として配列し、入射光に対する透過光又は反射光の光強度を変化させて露光毎に異なる露光パターンを形成する露光マスクを用い、前記光スイッチング素子の所定数を最大ビット数とする特定の固有情報を構成する露光毎に異なる露光パターンをウェハ表面のレジスト膜に焼き付ける露光方法。
【請求項１６】
露光マスクは、光スイッチング素子により入射光に対する透過光又は反射光の光強度を変化させて形成する露光毎に異なる可変パターンと、入射光に対する透過光又は反射光の光強度を変化させない不変な固定パターンとを合わせて一体の露光パターンとする請求項15記載の露光方法。
【請求項１７】
露光マスクは、光経路に直交して平行に配設された第１光学面及び第２光学面からなる光スイッチング素子を、所定数を単位として配列して露光毎に異なる露光パターンを形成してなり、各スイッチング素子は変位手段が電気信号に応じた力を前記第１光学面又は第２光学面に加えて該第１光学面又は第２光学面を変位させて前記光経路の長さを増減させ、該光経路の長さの増減に伴う光の干渉作用の変化を利用して、入射光に対する透過光又は反射光の光強度を変化させる請求項15記載の露光方法。
【請求項１８】
露光マスクは、所定数の光スイッチング素子を１次元配列して露光毎に異なる露光パターンを形成してなり、入射光に対する透過光又は反射光の光強度を各光スイッチング素子毎に変化させ、前記所定数を最大ビット数とする特定の固有情報を構成する露光毎に異なる露光パターンを形成し、該露光パターンをウェハ表面のレジスト膜に焼き付ける請求項15記載の露光方法。
【請求項１９】
露光マスクは、所定数の光スイッチング素子を２次元配列して露光毎に異なる露光パターンを形成してなり、入射光に対する透過光又は反射光の光強度を各光スイッチング素子毎に変化させ、前記所定数を最大ビット数とする特定の固有情報を構成する露光毎に異なる露光パターンを形成し、該露光パターンをウェハ表面のレジスト膜に焼き付ける請求項15記載の露光方法。
【請求項２０】
固有情報を書き込んだROMを含む電子回路を集積した集積回路であって、光の干渉作用を利用して入射光に対する透過光又は反射光の光強度を変化させる光スイッチング素子を、所定数を単位として配列し、入射光に対する透過光又は反射光の光強度を変化させて露光毎に異なる露光パターンを形成する露光マスクを用い、前記光スイッチング素子の所定数を最大ビット数とする特定の固有情報を構成する露光毎に異なる露光パターンをウェハ表面のレジスト膜に焼き付け、該露光パターンに基づいて形成される特定の固有情報を予め書き込んだROMを含む電子回路を集積してなる集積回路。
【請求項２１】
電子回路は、光スイッチング素子により入射光に対する透過光又は反射光の光強度を変化させて形成する露光毎に異なる可変パターンと、入射光に対する透過光又は反射光の光強度を変化させない不変な固定パターンとを合わせて一体とした露光パターンを形成する露光マスクを用い、前記光スイッチング素子の所定数を最大ビット数とする特定の固有情報を構成する露光毎に異なる可変パターンと固定パターンとを同時にウェハ表面のレジスト膜に焼き付け、該露光パターンに基づいて形成される特定の固有情報を予め書き込んだROMと、該ROMに書き込んだ固有情報を扱う周辺回路とからなる請求項20記載の集積回路。
【請求項２２】
電子回路は、所定数の光スイッチング素子を１次元配列し、入射光に対する透過光又は反射光の光強度を各光スイッチング素子毎に変化させ、前記所定数を最大ビット数とする特定の固有情報を構成する露光毎に異なる露光パターンを形成する露光マスクを用い、前記特定の固有情報を構成する露光毎に異なる露光パターンをウェハ表面のレジスト膜に焼き付け、該露光パターンに基づいて形成される特定の固有情報を予め書き込んだROMを含む電子回路を集積してなる請求項20記載の集積回路。
【請求項２３】
電子回路は、所定数の光スイッチング素子を２次元配列し、入射光に対する透過光又は反射光の光強度を各光スイッチング素子毎に変化させ、前記所定数を最大ビット数とする特定の固有情報を構成する露光毎に異なる露光パターンを形成する露光マスクを用い、前記特定の固有情報を構成する露光毎に異なる露光パターンをウェハ表面のレジスト膜に焼き付け、該露光パターンに基づいて形成される特定の固有情報を予め書き込んだROMを含む電子回路を集積してなる請求項20記載の集積回路。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、MEMS(Micro Electro Mechanical Systems)技術を用いた光スイッチング素子によりパターン形状を変化させる露光パターンを有する露光マスク、及び前記露光マスクを用いた露光方法と、前記露光方法により特定の固有情報を予め書き込んだROMを含む電子回路を集積した集積回路とに関する。
【背景技術】
【０００２】
集積回路を製造するに際し、固有情報、例えば所定数のビット数で表される数字又は記号を記憶させたROM(読み出し専用メモリ)を形成する場合がある。この集積回路におけるROMの形成は、レーザにより金属膜や半導体膜を選択的に溶断して形成するレーザ書き込み法や、集積回路に作り込まれた金属膜や半導体膜又はpn接合で形成されたヒューズを選択的に溶断するヒューズ溶断法が知られている。しかし、前記レーザ書き込み法やヒューズ溶断法は、ROM形成の処理時間がかかり、大量生産に適していない。例えば、８インチウェハに0.4mm角集積回路を20万個製造する場合、各集積回路毎のROMを0.5秒/個で形成しても、１ウェハに要する処理時間は0.5秒/個×20万個＝10万秒≒28時間となる。
【０００３】
このほか、レーザ書き込み法は、使用するレーザ溶断装置が高価(数億円)であり、集積回路の単価を上昇させる問題がある。また、ヒューズ溶断法は、使用装置は比較的安価なものの、ヒューズを溶断する回路がROM周辺に必要で、集積回路に占めるROMの割合を大きくしたり、改めてROMに固有情報を書き込む時間が前記ROM形成に要する処理時間と同程度必要になる問題がある。また、いずれも集積回路に局所的な熱ストレスを加えたり、溶断した残滓が飛び散ることで、各集積回路の誤作動を招く可能性がある。これは、集積回路の歩留まりを低下させるだけでなく、出荷された集積回路の信頼性を低下させる問題を引き起こす。
【０００４】
こうしたレーザ書き込み法やヒューズ溶断法が用いられている理由は、集積回路の面積が比較的大きく、プログラムによって高付加価値が生まれる集積回路、例えばA/D変換回路等の高精度アナログ回路を有する集積回路が主な利用対象だからである。こうした高付加価値の集積回路では、多少のコスト上昇は問題にならない。また、前記集積回路に必要とされる固有情報は、データ長が数ビット〜数10ビットで、ROMの形成や固有情報の書き込みに要する処理時間が、比較的短く抑えられることも、レーザ書き込み法やヒューズ溶断法が用いられる理由になっている。
【０００５】
しかし、レーザ書き込み法やヒューズ溶断法に見られる上記問題は、近い将来の普及が期待されるRFID (Radio Frequency Identification、無線ID) チップの製造に際して顕著に現れる。RFIDチップは0.3〜0.4mm角で非常に薄い集積回路で、128ビットの固有情報を識別番号として無線により管理装置へ受け渡し、このRFIDチップを取り付けた製品の保管又は運搬を管理するためのタグチップである。このように、RFIDチップは多種多様で大量な製品毎に識別番号を付与する利用態様を採用しており、当然大量の数が必要とされる。このため、各RFIDチップ毎に形成するROMや固有情報の書き込みを短時間かつ正確に実行する必要がある反面、前記ROMの形成及び固有情報の書き込みにかかるコストを低廉(１円以下)に抑えなければならないとされている。これから、上述までのレーザ書き込み法やヒューズ溶断法に代わるROMの形成手段及び固有情報の書き込み手段が必要なことが理解される。
【０００６】
こうしたROMの形成手段及び固有情報の書き込み手段として、例えば特許文献１に見られるように、従来の露光技術に用いられている露光マスクを、光の透過又は非透過を切り換えてパターン形状を変化させる露光パターンを有する露光マスクに代え、露光パターンを各集積回路毎に変えることで、前記露光パターンに応じた固有情報を予め記憶させたROMを形成する手段が考えられる。特許文献１の露光マスクは、単純にパターン形状の異なる露光パターンを適宜構成するのみで、前記パターン形状の変化には液晶を利用した光スイッチング素子を用いている。固有情報を書き込んだROMは、所定数の前記光スイッチング素子を２次元配列した露光パターンにより形成する。
【０００７】
【特許文献１】特開平08-097119号公報(４頁〜７頁、図３及び図４)
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
しかし、特許文献１に示される露光マスク、そして前記露光マスクを用いた露光方法は、RFIDチップにおける固有情報を書き込んだROMの形成には、必ずしも適さない点が見られる。まず、特許文献１が用いている光スイッチング素子の液晶は、紫外光により劣化することが知られているが、紫外光が使われる近年の露光方法では、液晶を利用した光スイッチング素子で構成した露光マスクの耐用年数は短くなると思われる。これは、露光マスクの交換頻度を高め、結果としてRFIDチップの製造にかかるコストを少なからず上昇させる。
【０００９】
また、液晶を利用した光スイッチング素子は、例えば紫外光を取り扱う場合、紫外光用の偏光フィルムと組み合わせて光スイッチング素子を用いなければならない。この偏光フィルタは通常透過率が低く、光スイッチング素子全体の透過率を20％程度にまで低下させてしまう。これは、液晶を利用した光スイッチング素子からなる露光パターンを有する露光マスクを用いた場合、従来の露光マスクに比べ、同一レジスト膜への露光時間が５倍以上必要になることを意味する。こうした長時間露光は、液晶の特性劣化を加速し、露光マスクの耐久性を低下させる。
【００１０】
更に、液晶を利用した光スイッチング素子では、未だスイッチング動作が十分でない点を指摘できる。既述したように、RFIDチップは大量に生産される必要があるから、露光パターンを変化させる光スイッチング素子のスイッチング動作は高速であるほど好ましい。ところが、液晶を利用した光スイッチング素子では、比較的高速なスイッチング動作が可能とされる強誘電液晶材料を用いても、スイッチング時間は60〜120μs程度でしかない。前記スイッチング時間は短いように思えるが、８インチウェハで20万個のRFIDチップを製造することを考えれば、更なるスイッチング動作の高速化が望まれる。
【００１１】
そこで、光の透過又は非透過を切り換えてパターン形状を変化させる露光パターンを光スイッチング素子で構成した露光マスクを用い、前記光スイッチング素子のスイッチング動作を高速化し、RFIDチップのような１ウェハあたりの個数が多い集積回路毎に異なる固有情報を書き込めるROMを、確実かつ短時間で形成できるようにすることを目的として、前記露光マスク、特に光源として紫外光を用いる微細加工の露光技術に適した露光マスク、及びこの露光マスクを用いた露光方法と、前記露光方法により特定の固有情報を予め書き込んだROMを含む電子回路を集積した集積回路とを開発するため、検討した。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
検討の結果開発したものが、まず集積回路の製造工程である露光に際して用いる露光マスクである。すなわち、入射光に対する透過光又は反射光の光強度を変化させて露光毎に異なる露光パターンを形成する露光マスクであって、露光パターンは光経路に直交して平行に配設された第１光学面及び第２光学面からなる光スイッチング素子により形成してなり、この光スイッチング素子は変位手段が外部から印加される電気信号に応じた力を第１光学面又は第２光学面に加えて、この第１光学面又は第２光学面を変位させて前記光経路の長さを増減させ、この光経路の長さの増減に伴う光の干渉作用の変化を利用して、入射光に対する透過光又は反射光の光強度を変化させてなる露光マスクである。本発明にいう「光学面」とは、光学的に全透過又は全反射しない半透過な面を意味し、こうした光学面としては、導電性を有する多結晶シリコン膜等の単層膜、又は前記単層膜に加えてシリコン窒化膜等の絶縁膜を含む多層膜を例示できる。
【００１３】
ここで、本発明の露光マスクに用いる光スイッチング素子は、第２光学面に入射光を入力し、第１光学面から透過光を出力する透過型の光スイッチング素子と、第２光学面に入射光を入力し、同じく第２光学面から反射光を出力する反射型の光スイッチング素子とがある。現在主流の露光方法は、紫外光(UV：UltraViolet)又は遠紫外光(DUV：Deep UltraViolet)を用いており、露光マスクを挟んでウェハと光源とを対置させ、光源から照射されるUV光又はDUV光に対する露光マスクの透過光により露光パターンをウェハのレジスト膜に焼き付ける「投影露光」である。これから、投影露光では透過型の光スイッチング素子を用いた露光マスクが適している。また、将来主流となる露光方法は、超紫外光(EUV：Extreme UltraViolet)を用いており、露光マスクに対して同じ側にウェハと光源とを配置させ、光源から照射されるEUV光に対する露光マスクの反射光により露光パターンをウェハのレジスト膜に焼き付ける「反射露光」である。これから、反射露光では反射型の光スイッチング素子を用いた露光マスクが適している。
【００１４】
透過型の光スイッチング素子は、第２光学面に入力する入射光に対し、最大光強度の透過光を第１光学面から出力する状態と、前記状態に比べて相対的に低い光強度(０を含む)の透過光を第１光学面から出力する状態とを切り換える。本発明では、「最大光強度の透過光を第２光学面から出力する状態」を「ON状態」、入射光との関係で「透過」と呼び、「相対的に低い光強度の透過光を第１光学面から出力する状態」を「OFF状態」、入射光との関係で「非透過」と呼ぶ。ON状態又は透過では、光経路の長さに応じた光の干渉作用による減衰がなく、光経路に直交する各光学面や基板等の減衰に依存する透過光が得られる。これに対し、OFF状態又は非透過では、光経路に直交する各光学面や基板等の減衰に加え、光の干渉作用による減衰を受けた透過光となる。
【００１５】
また、反射型の光スイッチング素子は、第２光学面に入力する入射光に対し、最大光強度の反射光を同じ第２光学面から出力する状態と、前記状態に比べて相対的に低い光強度(０を含む)の反射光を第２光学面から出力する状態とを切り換える。本発明では、「最大光強度の反射光を同じ第２光学面から出力する状態」を「ON状態」、入射光との関係で「反射」と呼び、「相対的に低い光強度(０を含む)の反射光を第２光学面から出力する状態」を「OFF状態」、入射光との関係で「非反射」と呼ぶ。ON状態又は反射では、光経路の長さに応じた光の干渉作用による吸収がなく、光経路に直交する各光学面や基板等の減衰に依存する反射光が得られる。これに対し、OFF状態又は非反射では、光経路に直交する各光学面や基板等の減衰に加え、光の干渉作用による吸収を受けた反射光となる。
【００１６】
本発明の露光マスクに用いる光スイッチング素子は、変位手段により、(1)第２光学面に対して第１光学面を接近又は離反させる変位、(2)第１光学面に対して第２光学面を接近又は離反させる変位、又は(3)第１光学面及び第２光学面を互いに接近又は離反させる変位の３態様のいずれかにより、光経路の長さを増減する。ここで、前記第１光学面又は第２光学面の変位手段は、外部から印加される電気信号に応じて、少なくとも光経路に発生する電界又は磁界により、変位する第１光学面又は第２光学面に加えられる静電気力又は磁力を利用する構成が好ましい。電気信号は、第１光学面及び第２光学面を電極としたり、前記第１光学面又は第２光学面に対して別途電極を付設して印加してもよい。また、第１光学面及び第２光学面を含む光経路上に別体の電極を配設して、前記電極に電気信号を印加してもよい。いずれにせよ、変形させる第１光学面又は第２光学面に静電気力又は磁力が働けば、電極の構成又は位置は自由に設定できる。
【００１７】
本発明は、MEMS技術を用いて高速なスイッチング動作が可能な光スイッチング素子により、透過と非透過(透過型の光スイッチング素子)、又は反射と非反射(反射型の光スイッチング素子)とを切り換えて、露光毎に異なる露光パターンを形成する露光マスクを提供する。ここで、「露光毎に異なる」とは、露光に際する１回の照射毎に焼き付ける露光パターンを異ならせることができることを意味するが、露光毎に露光パターンを異ならせるか否かは任意である。本発明の露光マスクは、特許文献１に見られる液晶を利用したものではなく、光の干渉作用を利用して入射光に対する透過光又は反射光を変化させる光スイッチング素子により露光毎に異なる露光パターンを形成する。光の干渉作用が働く入射光の波長は、第１光学面及び第２光学面の間隔で決定される光経路の長さにより設定する。このように、本発明に用いる光スイッチング素子は、前記第１光学面及び第２光学面の間に紫外光の影響を受ける面又は膜を有さないため、液晶を利用した光スイッチング素子と異なり、紫外光を入射光としても劣化することなく、長期にわたって安定に使用可能な露光マスクを提供できる。これは、本発明の露光マスクが、波長13nm〜14nmのEUV光露光用の露光マスクも提供できることを意味する。
【００１８】
本発明の露光マスクは、露光毎に異なる露光パターンを形成する以外、従来の露光マスクと同様に取り扱うことができる。すなわち、１/ｎの縮小投影露光装置(１/ｎは縮小率)に本発明の露光マスクを用いる場合、この露光マスクはｎ倍に拡大された露光パターンのパターン形状を光スイッチング素子により構成する。また、個別にパターン形状を変化させる露光パターンを複数設けた露光マスクにすると、１露光により複数の露光パターンを露光できるようになる点も従来同様である。このほか、本発明の露光マスクは従来の露光マスクと別体に構成する、すなわち光スイッチング素子のみで露光パターンを形成する露光マスクとしてもよいし、光スイッチング素子により入射光に対する透過光又は反射光の光強度を変化させて形成する露光毎に異なる可変パターンと、入射光に対する透過光又は反射光の光強度を変化させない不変な固定パターンとを合わせて一体とした露光毎に異なる露光パターンを形成する露光マスクとしてもよい。
【００１９】
本発明の露光マスクは、所定数を単位として露光毎に異なる露光パターンを形成し、入射光に対する透過光又は反射光の光強度を各光スイッチング素子毎に変化させて形成される露光毎に異なる露光パターンが、前記所定数を最大ビット数とする特定の固有情報を構成することにより、固有情報を変更不能に書き込んだROMを集積回路に形成する露光パターンをレジスト膜に焼き付ける。ここで、前記「固有情報」とは、露光毎に異なる露光パターンを識別するための情報で、例えば透過型の光スイッチング素子を用いた透過露光用の露光マスクでは透過を「１」、非透過を「０」とする２値データとして表される。厳密には、光スイッチング素子による透過又は非透過だけで固有情報を構成できるわけではなく、前記透過又は非透過によりROMを構成する電子回路の特定部品(抵抗、トランジスタ等)の有無により、固有情報を構成する。
【００２０】
ここで、上記光スイッチング素子の配列は自由であるが、集積回路におけるROMへのアクセスを鑑みた場合、(a)所定数の光スイッチング素子を１次元配列して露光毎に異なる露光パターンを形成する、又は(b)所定数の光スイッチング素子を２次元配列して露光毎に異なる露光パターンを形成して、入射光に対する透過光又は反射光の光強度を各光スイッチング素子毎に変化させて形成される露光毎に異なる露光パターンが、前記所定数を最大ビット数とする特定の固有情報を構成する露光マスクにするとよい。集積回路は、１次元配列又は２次元配列で形成されるROMの周辺に、アクセス回路を形成することになる。
【００２１】
本発明に用いる光スイッチング素子は、第１光学面又は第２光学面の変位量が、前記第１光学面又は第２光学面の間隔よりも小さくなる。例えば、透過型の光スイッチング素子は、光経路の長さが[(λ/２)×ｎ＋λ/４](λは入射光の波長、ｎは整数、以下同じ)で非透過、前記光経路の長さが第１光学面又は第２光学面の変位によってλ/４だけ増減すると透過となる。これから、第１光学面又は第２光学面の必要な変位量は初期の光経路の長さより小さくなる。この場合、変位手段による第１光学面又は第２光学面の変位量を小さくし、実際の変位量を必要な変位量に制限することも考えられるが、実際上難しい。そこで、本発明に用いる光スイッチング素子は、変位させる第１光学面又は第２光学面の変位量を制限する変位制限ストッパを第１光学面又は第２光学面に対して付設した構成にするとよい。これにより、変位手段による第１光学面又は第２光学面の変位量は大きくしながら、実際の変位量を必要な変位量に制限できる。これにより、変位手段による第１光学面又は第２光学面の変位速度を大きくして、光スイッチング素子のスイッチング動作を高速化できると共に、復帰に際して起こりうるリバウンド現象を変位制限ストッパで抑制又は防止できるようになる。
【００２２】
上記変位制限ストッパは、変位させる第１光学面又は第２光学面の変位量を制限できる構成であれば、構造に限定はないが、変位させる第１光学面又は第２光学面の変位量を制限するストッパ透過面を、第１光学面及び第２光学面と平行に配設する構成が好ましい。より具体的なストッパ透過面は、(1)光経路の長さを減ずる方向に変位させる第１光学面又は第２光学面の前記変位方向と同じ側に設け、この第１光学面又は第２光学面が変位した際に前記第１光学面又は第２光学面に接面させる構成、又は(2)光経路の長さを減ずる方向に変位させる第１光学面又は第２光学面の前記変位方向の反対側に設け、この第１光学面又は第２光学面が復元した際に前記第１光学面又は第２光学面と接面させる構成を示すことができる。
【００２３】
これらストッパ透過面は、変位させる第１光学面又は第２光学面に接面することで確実に変位量を制限すると共に、例えば変位又は復帰した第２光学面(又は第１光学面)が変位しない第１光学面(又は第２光学面)に対して平行な領域(第１光学面又は第２光学面がストッパ透過面に接面する範囲)を形成し、均一な光の干渉作用を得られる範囲を確保する働きを有する。また、こうしたストッパ透過面を、変位させる第１光学面又は第２光学面が復帰する側に設ける(上記(2)の構成にする)ことで、通常変位させる際にのみ働かせる変位手段を、復帰に際して逆向きに働かせ、変位させる第１光学面又は第２光学面を速やかに復帰させることができる。これにより、本発明の光スイッチング素子のスイッチング動作を更に高速化できる。
【００２４】
こうして、本発明の露光マスクは、光スイッチング素子により露光毎に異なる露光パターンをウェハのレジスト膜に焼き付けることができ、上記変位制限ストッパを用いることで光スイッチング素子のスイッチング動作を高速化することにより、露光パターンの変更を短時間で終えるようにする。ここで、露光マスクに対しては、露光パターンの輪郭が鮮明であることが要求される。そこで、本発明の露光マスクは、変位させる第１光学面又は第２光学面の変位量を制限するストッパ透過面を第１光学面及び第２光学面と平行に配設し、第１光学面又は第２光学面が変位した際に前記ストッパ透過面に接面する範囲以下の透過窓を開口した遮光面を、第１光学面及び第２光学面と平行に配設した光スイッチング素子を用いて露光マスクを構成することとした。
【００２５】
上記「遮光面」は、透過型の光スイッチング素子に対しては入射光を全反射又は吸収する面、反射型の光スイッチング素子に対しては入射光を吸収する面であればよく、素材や構造に限定はない。本発明に用いる光スイッチング素子は、変位する第１光学面又は第２光学面がストッパ透過面に接面する範囲では設計通りの透過光又は反射光が得られるものの、前記範囲外では必ずしも設計通りの透過光又は反射光が得られる保証はない。遮光面は、透過光又は反射光が得られる範囲を変位する第１光学面又は第２光学面がストッパ透過面に接面する範囲以下の透過窓の範囲に限定して設計通りの透過光又は反射光が得られるようにし、前記透過光又は反射光の輪郭、すなわち露光毎に異なる露光パターンを鮮明にする。
【００２６】
遮光面を設ける具体的な光スイッチング素子は、変位させる第１光学面又は第２光学面の変位量を制限するストッパ透過面を第１光学面及び第２光学面と平行に配設し、第１光学面又は第２光学面が変位した際にストッパ透過面に接面する範囲以下の透過窓を開口した遮光面を、(1)第１光学面の上面又は下面に添設した構成、(2)第２光学面の上面又は下面に添設した構成、又は(3)ストッパ透過面の上面又は下面に添設した構成のほか、(4)光スイッチング素子を形成する基板の上面又は下面に添設した構成を示すことができる。各構成における遮光面は、第１光学面、第２光学面、ストッパ透過面又は基板の上面又は下面に、これら第１光学面、第２光学面、ストッパ透過面又は基板と一体に形成することが好ましい。しかし、変位する第１光学面又は第２光学面に対して密接しながら、前記第１光学面又は第２光学面の変位に際しては離隔する遮光面を形成することは、製造上の問題から難しいため、前記「添設」には、変位する第１光学面又は第２光学面に近接してこれら第１光学面又は第２光学面と平行に遮光面を配設する場合を含む。
【００２７】
以上説明した本発明の露光マスクを用いた露光方法は、露光マスクの露光パターンをウェハ表面のレジスト膜に焼き付けるに際し、光の干渉作用を利用して入射光に対する透過光又は反射光の光強度を変化させる光スイッチング素子を、所定数を単位として配列し、入射光に対する透過光又は反射光の光強度を変化させて露光毎に異なる露光パターンを形成する露光マスクを用い、前記光スイッチング素子の所定数を最大ビット数とする特定の固有情報を構成する露光毎に異なる露光パターンをウェハ表面のレジスト膜に焼き付ける露光方法となる。
【００２８】
上記露光マスクは、光スイッチング素子のみで、露光毎に異なる露光パターンを形成する露光マスクであってもよいが、この場合、通常の電子回路を構成する露光パターンを有する露光マスクと本発明の露光マスクとを交換し、同一露光工程で２回露光することになる。こうした２回露光は手間であり、集積回路の生産性を損ねることになる。そこで、上記露光方法に用いる露光マスクは、光スイッチング素子により入射光に対する透過光又は反射光の光強度を変化させて形成する露光毎に異なる可変パターンと、入射光に対する透過光又は反射光の光強度を変化させない不変な固定パターンとを合わせて一体の露光パターンとする露光マスクを用いるとよい。これにより、可変パターンのみ露光毎に変化させながら、可変パターン及び固定パターンを一体とした露光毎に異なる露光パターンを１回露光でウェハのレジスト膜に焼き付けることができるようになる。
【００２９】
上記露光方法に用いる具体的な露光マスクは、光経路に直交して平行に配設された第１光学面及び第２光学面からなる光スイッチング素子を、所定数を単位として配列して露光毎に異なる露光パターンを形成してなり、各スイッチング素子は変位手段が電気信号に応じた力を前記第１光学面又は第２光学面に加えてこの第１光学面又は第２光学面を変位させて前記光経路の長さを増減させ、この光経路の長さの増減に伴う光の干渉作用の変化を利用して、入射光に対する透過光又は反射光の光強度を変化させる構成の露光マスクである。
【００３０】
より具体的な露光マスクは、(a)所定数の光スイッチング素子を１次元配列して露光毎に異なる露光パターンを形成し、入射光に対する透過光又は反射光の光強度を各光スイッチング素子毎に変化させ、前記所定数を最大ビット数とする特定の固有情報を構成する露光毎に異なる露光パターンを形成し、この露光パターンをウェハ表面のレジスト膜に焼き付ける、又は(b)所定数の光スイッチング素子を２次元配列して露光毎に異なる露光パターンを形成し、入射光に対する透過光又は反射光の光強度を各光スイッチング素子毎に変化させ、前記所定数を最大ビット数とする特定の固有情報を構成する露光毎に異なる露光パターンを形成し、この露光パターンをウェハ表面のレジスト膜に焼き付ける。
【００３１】
こうして、本発明の露光マスク又は露光方法を用いて製造される集積回路は、次のようになる。すなわち、固有情報を書き込んだROMを含む電子回路を集積した集積回路であって、光の干渉作用を利用して入射光に対する透過光又は反射光の光強度を変化させる光スイッチング素子を、所定数を単位として配列し、入射光に対する透過光又は反射光の光強度を変化させて露光毎に異なる露光パターンを形成する露光マスクを用い、前記光スイッチング素子の所定数を最大ビット数とする特定の固有情報を構成する露光毎に異なる露光パターンをウェハ表面のレジスト膜に焼き付け、この露光パターンに基づいて形成される特定の固有情報を予め書き込んだROMを含む電子回路を集積した集積回路である。
【００３２】
この集積回路における電子回路は、光スイッチング素子により入射光に対する透過光又は反射光の光強度を変化させて形成する露光毎に異なる可変パターンと、入射光に対する透過光又は反射光の光強度を変化させない不変な固定パターンとを合わせて一体とした露光パターンを形成する露光マスクを用い、前記光スイッチング素子の所定数を最大ビット数とする特定の固有情報を構成する露光毎に異なる可変パターンと固定パターンとを同時にウェハ表面のレジスト膜に焼き付け、この露光パターンに基づいて形成される特定の固有情報を予め書き込んだROMと、このROMに書き込んだ固有情報を扱う周辺回路とから構成するとよい。
【００３３】
また、固有情報を予め書き込んだROMを含む具体的な電子回路は、(a)所定数の光スイッチング素子を１次元配列し、入射光に対する透過光又は反射光の光強度を各光スイッチング素子毎に変化させ、前記所定数を最大ビット数とする特定の固有情報を構成する露光毎に異なる露光パターンを形成する露光マスクを用い、前記特定の固有情報を構成する露光毎に異なる露光パターンをウェハ表面のレジスト膜に焼き付け、この露光パターンに基づいて形成される特定の固有情報を予め書き込んだROMを含む電子回路を集積して構成する、又は(b)所定数の光スイッチング素子を２次元配列し、入射光に対する透過光又は反射光の光強度を各光スイッチング素子毎に変化させ、前記所定数を最大ビット数とする特定の固有情報を構成する露光毎に異なる露光パターンを形成する露光マスクを用い、前記特定の固有情報を構成する露光毎に異なる露光パターンをウェハ表面のレジスト膜に焼き付け、この露光パターンに基づいて形成される特定の固有情報を予め書き込んだROMを含む電子回路を集積する。
【発明の効果】
【００３４】
まず、本発明は、各集積回路毎に異なる固有情報を予め書き込んだROMを形成する露光毎に異なる露光パターンを、高速かつ鮮明にレジスト膜へ焼き付ける露光マスクを提供する。本発明が対象とする集積回路は、１枚のウェハから数10〜数100万個製造できるため、前記高速かつ鮮明な露光パターンの焼き付けは、１枚のウェハ当たりに要する露光時間を短縮すると共に、歩留まりを高める効果をもたらす。しかも、本発明の特徴は、露光パターンの焼き付けのみで、固有情報を予め書き込んだROMの形成を図ることができ、従来見られた溶断工程での熱的なストレスや溶断した残滓の飛び散りによるROMの信頼性低下といった問題を招かない利点がある。
【００３５】
本発明が提供する露光方法は、既存の露光工程において、全く異なる手順を追加するものではなく、むしろほぼ同一の手順を１工程追加するだけなので、既存の露光工程を用いながら本発明の露光マスクを利用できるようにしている。これは、本発明を用いて製造される集積回路の製造コストをほとんど上昇させない効果をもたらす。また、本発明の露光方法は、固有情報を予め書き込んだROMを高速かつ確実に形成するため、異なる固有情報を有して相互に識別可能な集積回路、例えばRFIDチップの大量生産を可能とし、前記RFIDチップの製造コストを低減させる効果をもたらす。このほか、光の干渉作用を利用する光スイッチング素子を用いた露光マスクは、紫外光により劣化する虞れがないため、長期にわたって安定した使用が可能であり、結果としてRFIDチップの製造コストを、更に低減させる効果も有する。
【００３６】
そして、本発明が提供する集積回路は、読み取りに際して信頼性の高い固有情報を変更不能に書き込んだROMを形成できるので、とりわけタグチップとして用いられる識別用の集積回路、例えばRFIDチップの信頼性を高める効果を有する。RFIDチップでは固有情報の変更は一切必要ないため、本発明のように、製造段階で変更不能に予めROMに書き込まれた固有情報を有する構成が好ましい。しかも、本発明の集積回路が有する固有情報は、電子回路の構成そのものの違いにより表される変更不能な識別情報であり、RFIDチップのようなタグチップに相応しい固有情報である。このように、本発明は、将来大量に利用される可能性のあるRFIDチップを低コストで大量生産する道を開き、RFIDチップの普及に貢献する効果を有する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３７】
以下、本発明の実施形態について図面を参照しながら説明する。図１は本発明の露光マスクの使用態様を説明する露光装置の構成図である。本例の露光装置は、ステップアンドリピート方式の縮小投影する構成で、水銀ランプ等の光源20から放射される紫外光を集光レンズ21を用いて均一に露光マスク22に照射する。露光マスク22は、縮小投影光学系23によって、露光パターンの透過光を１/ｎ(縮小率)に縮小し、ウェハ24に塗布されたレジスト膜25に焼き付ける。したがって、露光マスク22は、集積回路の電子回路を構成する特定層の投影パターンをｎ倍に拡大した露光パターンを有する。
【００３８】
ウェハ24はＸ-Ｙステージ26上にセットされており、複数の集積回路を単位とする露光区画を１回で露光し、１回露光する度にＸ-Ｙステージ26を前記露光区画単位で水平移動させる(ステップアンドリピートさせる)ことにより、ウェハ24上の全露光区画に露光パターンを焼き付ける。例えば８インチウェハでは、2000個のRFIDチップ(0.4mm角)を単位とする露光区画を有する露光マスクを用い、約100露光で約20万個すべてのRFIDチップに対して露光パターンを焼き付ける。これら露光及びＸ-Ｙステージの水平移動も含めて、１ウェハ当たりの処理時間は１〜２分である。
【００３９】
上記露光装置は、紫外光に限らず、可視光又は赤外光を用いた構成でもよい。また、上記例示の露光装置は、透過型の光スイッチング素子を用いた露光マスクを使用する装置構成の例であるが、例えば極紫外光(EUV光)を用いる露光装置では、反射型の光スイッチング素子を用いた露光マスクを用いる。このように、露光マスクに用いる光スイッチング素子が透過型であるか反射型であるかは、露光技術又は露光装置によって選択する。
【００４０】
図２aは本発明の露光マスクの一例を表す平面図であり、図２bは同露光マスクを用いた露光態様を表す平面図である。この露光マスク22は、上記露光装置に適合した形状を有している。このように、本発明の露光マスク22の外形寸法や形状を従来の露光マスクと同一にすることで露光装置が共用可能となり、集積回路の製造コストを引き下げることができる。本例の露光マスク22は、光の干渉作用を用いた透過型の光スイッチング素子30を２行２列の２次元配列にしている。実際の配列数は、使用する露光マスクに合わせて任意に設定する。
【００４１】
各光スイッチング素子30は、下部電極31(図２a中破線)と上部電極32(図２a中実線)とを一組の電極とし、各光スイッチング素子30に結線した配線33へ個別に電気信号を印加して、光スイッチング素子30毎に透過(ON状態)又は非透過(OFF状態)を切り換える。各光スイッチング素子30の光経路は、更に遮光面の透過窓によって、透過する紫外光の輪郭を決定する。裏返せば、前記透過窓の形状により、透過する紫外光の輪郭を自由に設定できる。例えば図２aの例では、各遮光面の透過窓12(図２a中各ハッチング領域)の形状を、丸形(Ａ)、三角形(Ｂ)、四角形(Ｃ)又は六角形(Ｄ)に異ならせている。
【００４２】
各光スイッチング素子30の下部電極31は、いずれも共通配線ｅに接続している。また、各光スイッチング素子30の上部電極32は、それぞれ個別配線ａ,ｂ,ｃ又はｄに接続している。これにより、各光スイッチング素子30は、個別配線ａ−共通配線ｅ，個別配線ｂ−共通配線ｅ，個別配線ｃ−共通配線ｅ又は個別配線ｄ−共通配線ｅ間にそれぞれ個別に印加する電気信号により、光スイッチング素子30毎に透過又は非透過を個別に制御できる。この様子を図２bに示す。図２b中、ウェハ24の一点鎖線で区切られた単位領域が集積回路35に対応し、1露光当たりの露光区画を示す。例えば、露光された３行３列の左上の集積回路35では、丸形及び六角形の透過窓を有する光スイッチング素子30がON状態となり、前記透過窓に対応した露光パターンが焼き付けられている。残る集積回路35には、各光スイッチング素子30に印加される電気信号を選択的に切り換えることにより、それぞれ異なる露光パターンを焼き付けている。
【００４３】
このように、各光スイッチング素子30の露光パターンは、遮光面の透過窓の形状に応じて決定されることから、前記透過窓の形状を複雑にすることで、より複雑な形状の露光パターンを焼き付けることもできる。例えば、図２bに示す露光マスクは、露光毎に異なる露光パターンを形成する光スイッチング素子30が２×２の２次元配列されている例であるが、前述の通り、透過窓の形状を複雑にすることで、単体の光スイッチング素子により極めて複雑な露光パターンを焼き付けることも可能となる。
【００４４】
上記例示の露光マスク(図２a参照)は、各光スイッチング素子30に設ける遮光面の透過窓12の形状によって、特異又は複雑な露光パターンを焼き付けることが可能であることを示した。通常の露光マスクは、遮光面の透過窓の形状を同一にした光スイッチング素子を配列して使用する場合が多い。上記例示の露光マスクは、個々の光スイッチング素子による露光パターンを異ならせることにより、各光スイッチング素子による透過又は非透過の切り換えが露光パターンの有無、すなわち０及び１として表す固有情報に加え、各露光パターン自体が個別の情報を表し、全体として得られる情報の量を増大させる利点がある。
【００４５】
図３aは本発明の露光マスクの別例を示す平面図であり、図３bは同露光マスクを用いた露光態様を表す平面図である。本例の露光マスク22は、図３aに見られるように、露光領域を２×２区画に分割し、各区画に４×２、合計８基の光スイッチング素子30を２次元配列した例である。各区画の各光スイッチング素子30は、個々に透過又は非透過が制御できるように、上部電極と下部電極に配線が形成されている(図２a参照)。この露光マスク22は、図３bに見られるように、１露光宛に４つの集積回路35を１組として、ウェハ24上に露光パターンを焼き付ける。以下、図３b中左上に焼き付けた露光パターンを例に取り、光スイッチング素子30の透過又は非透過により露光毎に異なる露光パターン36が焼き付けられる場合を説明する。
【００４６】
各集積回路35に焼き付けられる露光パターンは、２次元配列された各光スイッチング素子30の透過又は非透過を選択的に組み合わせることで、上段左側から右側、次いで下段左側から右側へと順次に上位に移行する８ビットの固有情報を構成する(図３a参照)。例えば、図３b中左上に示されるように、全光スイッチング素子30が全て非透過、すなわち露光パターンが焼き付けられない場合は「００００００００」の固有情報、上段左の光スイッチング素子30が透過する場合は「０００００００１」の固有情報、そして上段左から２番目の光スイッチング素子30が透過する場合は「００００００１０」の固有情報が構成できる。このように、本例の露光マスクは、２の８乗＝256通りの固有情報を構成できる。しかも、本例は、４つの集積回路35をそれぞれ異なる露光パターンで同時に焼き付けることができ、露光時間の短縮を図ることができる利点がある。
【００４７】
図４aは本発明の露光マスクの別例を示す平面図であり、図４bは同露光マスクを用いた露光態様を表す平面図である。露光マスク22は、上述の例(図３a参照)と同様に、露光領域が４分割された区画を有する集積回路製造用の露光パターンを形成している。具体的には、図４a中左上の区画(ハッチング領域)で示した露光パターン40は、従来の露光マスク同様に形成された微細な固定パターンと、前記固定パターンに付随して各区画の一部分(左上)に光スイッチング素子30により露光毎に異なる露光パターンを焼き付けることのできる可変パターンとからなる。
【００４８】
本例の露光マスクにおける光スイッチング素子は、図３a同様に、４×２の２次元に配列されている。各光スイッチング素子は、電気信号によって個別に透過又は非透過を制御されるように配線されているので、図３bに見られるように、各光スイッチング素子30の透過又は非透過に対応した露光パターン(可変パターン)が集積回路毎に焼き付けることができる。本例の場合、固定パターンが焼き付けられる領域41と、光スイッチング素子30の透過又は非透過の組み合わせによる可変パターンが焼き付けられる領域42とが同時に露光可能である。しかも、露光毎に異なる固有情報を予め書き込んだROMを形成する可変パターンを４つの集積回路を単位として同時に露光できるので、RFIDチップのような集積回路の大量生産に適した露光マスクになっている。ここで、領域41を焼き付ける固定パターンは、４区画とも同じ又は異なるパターンでもよい。また、光スイッチング素子30の形成される可変パターンは、各スイッチング素子の位置、数又は配置等を、区画毎に異なる構成にすることもできる。
【００４９】
図４a及び図４bに示す例は、従来の電子回路を構成する固定パターンと、光スイッチング素子による可変パターンとを同一の露光マスク上に形成する必要があるため、露光マスクの製造が複雑になったり、露光マスクの低コストでの製作に困難が伴う場合も生ずる。この対策として、図５a及び図５bに示す別例では、固定パターンのみを形成した露光マスク43と、光スイッチング素子30を用いて可変パターンを形成した露光マスク44とを別体で構成し、合計２枚の露光マスクを順次用いて二段階で露光する(二重露光する)ことにより、露光マスクの製作に伴う困難さを回避している。
【００５０】
図５aに示す露光マスク43は、まず固定パターンを焼き付ける領域41(図４b参照)の露光パターン40と、光スイッチング素子30により形成される露光パターン(可変パターン)を焼きつける領域42(図4b参照)を露光させないためのマスクパターン45とを形成している。このように、露光マスク43は、マスクパターン45が広いだけなので、従来の露光マスク製造プロセスと全く同一工程で製造可能である。これに対し、前記露光マスク43と組み合わせて用いるもう一枚の露光マスク44は、図５bに示すように、光スイッチング素子30により可変パターンを形成する領域42(図4b参照)と、固定パターンを焼きつける領域41(図4b参照)を露光させないためのマスクパターン46とを形成している。
【００５１】
こうした２枚の露光マスクを用いた具体的な露光手順は次のようになる。まず、図５aに示す露光マスク43を用いて固定パターンをウェハのレジスト膜に焼きつけた後、レジスト膜を現像する前に、図５bに示す光スイッチング素子30の透過又は非透過を組み合わせて露光パターンを形成する露光マスク44を用い、集積回路毎に異なる固有情報を予め書き込んだROMを形成する可変パターンを露光すれば、全体として、図４bに示すと同様の露光パターンが得られる。このように、異なる２枚の露光マスクを用いると２回露光の必要があるが、２回露光に要する時間の増加は各ウェハで１〜２分であり、製造コストの負担は小さい。むしろ、図５a及び図５bに示した２枚の露光マスクを用いることは、露光マスクの製造コストの低減に大きな効果がある。
【００５２】
次に、0.4mm角のRFIDチップを製造する場合に基づいて、本発明を詳述する。標準的な0.4mm角のRFIDチップの場合、１露光当たり64×64＝4096個の露光パターン、すなわち25.6mm角の範囲に4096個の露光パターンを１度に露光する。したがって、５：１縮小レンズ系の場合、露光マスクには128mm角に4096個の露光パターンが形成されている。ここで、集積回路毎に128ビットの固有情報を書き込んだROMを形成するとすれば、4096個の集積回路毎に128個の光スイッチング素子を割り当てる。すなわち、露光マスクは、128×4096＝約53万個の光スイッチング素子を集積する必要がある。しかし、後に述べるように、光スイッチング素子自体は構造が単純で、製造プロセスも比較的簡単であり、53万個を露光マスク上に無欠陥で製造することは、現在の半導体製造技術を利用することにより対応可能である。
【００５３】
また、５：１の縮小率である縮小投影露光装置を用いるとすれば、露光マスクは各集積回路に焼き付ける露光パターンの５倍に拡大された大きさの光スイッチング素子により露光パターンを形成すればよい。つまり、例えば１×１μm角の露光パターンを各集積回路に焼き付ける場合、露光マスクでは５×５μm角の露光パターンを形成する光スイッチング素子を用いればよく、比較的大きな露光パターンとすることができる。これにより、露光マスクの製造は比較的容易となり、低コストで露光マスクを製造できる。
【００５４】
各集積回路のROMに予め書き込む128ビットの固有情報は、次のように構成する。128ビット中最下位の1ビット目は、前記１ビット目に対応する光スイッチング素子の透過又は非透過を切り換える配線を1個おきの集積回路に対応して交互に接続して、外部には制御用の２本の配線を取り出せばよい。128ビット中最下位から２ビット目は、２個の集積回路を１つの単位として、前記２ビット目に対応する光スイッチング素子を、前記ブロック単位で交互に透過又は非透過を切り換えるように配線すれば、外部には制御用の２本の配線を取り出せばよい。同様に、128ビット中最下位から12ビット目は、4096チップを2分割した2048個の集積回路を1つの単位とした２つのブロックに、前記12ビット目に対応する光スイッチング素子をブロック単位で透過又は非透過を切り換える２本の配線を外部に取り出せばよい。下位から13ビット以上は、4096チップを1つのブロックとして光スイッチング素子を透過又は非透過を切り換えればよいので1本の制御用の配線を取り出せばよい。
【００５５】
したがって、下位12ビット目までの配線は、各光スイッチング素子の透過又は非透過を切り換える２本の配線を必要とするので12×２＝24本、上位13ビット〜128ビット目は各光スイッチング素子の透過又は非透過を切り換える電気信号を供給する各1本の配線でよいので116本となり、合わせて140本の電気信号を供給する配線を外部に取り出せばよい。このほか、１本の下部電極の共通配線を用いれば合計131本の配線により、2128通り(約3.4×1038通り)の固有情報を予め書き込んだROMを形成する集積回路を製造することが可能となる。露光マスクの外形寸法は約15cm角なので、141本の制御用配線を外部に取り出すことは極めて容易であり、RFIDチップ用ROMを形成する露光マスクを提供できる。
【００５６】
また、本発明による露光マスクを用いれば、上記２回露光を採用しても、８インチウェハ1枚当たり１〜２分の追加の露光時間で、異なる固有情報を予め書き込んだROMを各RFIDチップに形成することができる。これは、数10時間の書き込み時間を要する従来例のレーザ書き込み法やヒューズ溶断法に比べ、格段の製造効率の向上と製造コストの低減とを実現するものと言える。
【００５７】
ここで、図２に示した例では、下部電極を共通電極として1本の配線を割り当て、上部電極の配線を個別に取り出して各光スイッチング素子の透過又は非透過を切り換えたが、例えば下部電極を行毎にまとめて取り出し、上部電極を列毎に取り出して、２次元配列の配線とし、RAM同様に、特定行を選択し、特定列方向に並ぶ各光スイッチング素子に個別の電気信号を印加して、各行毎に光スイッチング素子の透過又は非透過を切り換えて、複数回露光すれば、任意の固有情報を予め書き込んだROMを形成することが可能である。この場合、露光時間が増加する。逆に、液晶表示装置に用いられているように、各光スイッチング素子にMOSFET等を配置し、前記MOSFET等に光スイッチング素子の透過又は非透過を切り換える情報を記憶させた後、一斉に光スイッチング素子の透過又は非透過を切り換えることにより、１回の露光で全ビットに対応する露光パターンを一括露光することが可能となり、露光時間を短縮することも可能である。
【００５８】
図６aは本発明により形成されるROMの一例を表す回路構成図であり、図６bは128ビットの固有情報を予め書き込んだROMの一例を表す回路構成図である。露光マスクの必要枚数と製造におけるコストとを最低にするには、集積回路の製造工程における１回の露光工程で、ROMの形成と共に、前記ROMへの固有情報の書き込みが終えられるとよい。前記のように固有情報を予め書き込んだROMの形成手段としては、MOSFETの閾値電圧の高低を制御するイオン注入マスク、コンタクト穴の形成の有無によりデータを書き込むコンタクトマスク、導電体膜又は半導体膜の有無によってデータを書き込む方式等がある。
【００５９】
図６a及び図６bにより、導電体膜又は半導体膜の有無を決める露光マスクを用いて、固有情報を予め書き込んだROMを形成する例について説明する。本例により形成されるROMは、ＰチャネルMOSFET50及びＮチャネルMOSFET52からなる。ＰチャネルMOSFET50は、電源VDDがソースに接続され、ゲートには制御信号ΦPを印加して、ＰチャネルMOSFET50のオン(１)又はオフ(０)を制御する。列方向には、読み出し専用の固有情報を書き込む導電体膜又は半導体膜で形成された情報書き込み素子51と、ＮチャネルMOSFET52を直列接続して単位回路を２つ構成し、ＰチャネルMOSFET50のドレインに対して並列接続している。出力信号は、ＰチャネルMOSFET50のドレインと共通接続されている配線Ｂ1及びＢ2の出力端子Ｏ1及びＯ2から取り出される。
【００６０】
ＮチャネルMOSFET52のゲートに接続されたワード線Ｗ1にオン信号が、ワード線Ｗ2にオフ信号が印加された場合、２行２列で２次元配列された上段左側に位置する情報書き込み素子は形成されているのでLoレベルの出力信号が、上段右側に位置する情報書き込み素子は形成されていないのでＨiレベル状態の出力信号が取り出される。このROMの場合、当初は全ての情報書き込み素子が形成可能なように導電体膜又は半導体膜を全個所に形成しておき、本発明による露光マスクを用いて、レジスト膜を残して情報書き込み素子を形成するか、又はレジスト膜を除去して情報書き込み素子をエッチング除去することで、固有情報を書き込んだROMを形成できる。
【００６１】
図６bは128ビットの固有情報を予め書き込んだROMの一例を表す回路構成図である。この場合、128ビット長の並列の固有情報を取り出すためにＰチャネルMOSFET50のドレインに、情報書き込み素子51と、ＮチャネルMOSFET52が直列接続された1組の単位回路のみが接続されている。固有情報は、図６aに示した例と同じように、情報書き込み素子51の有無で書き込まれる。ＮチャネルMOSFET52のゲートには選択信号Ｓが印加され、ＰチャネルMOSFETのゲートに印加されている制御信号ΦP及びＳを同時又は時間差を設けてオンにすれば、書き込みされた固有情報が、ＰチャネルMOSFET50のドレイン端子に接続されている出力端子Ｏ１〜Ｏ128から、128個の並列信号として取り出される。
【００６２】
ΦPとＳとを同時にオンとした場合、情報書き込み素子51が形成されている単位回路に直流電流が流れて電力を消費する。この直流消費電力を削減するため、選択信号Ｓにオフ信号を印加してＮチャネルMOSFET52を全てオフ状態に保った状態で、ΦPをオンとし、ＰチャネルMOSFET50をオンにして出力端子Ｏ１〜Ｏ128を全てＨiレベルに充電した後、ΦPをオフにしてＳをオンにすれば、情報書き込み素子51がある場合にはＨiレベルに充電された出力端子の電荷がＮチャネルMOSFET52を通じて放電されてLoレベルに変化し、情報書き込み素子51がない場合には電荷は放電されないので出力端子はＨiレベルを保つことができる。
【００６３】
この状態で出力端子Ｏ１〜Ｏ128から出力信号を読み出せば、消費電力は出力端子の充放電に要する電力のみであり、著しい低消費電力化が実現できる。図６bでは、ＮチャネルMOSFET52のゲートに共通の選択信号Ｓを印加した例を示したが、シフトレジスタから順次に走査されるパルス信号をＮチャネルMOSFET52の各ゲートに印加することにより、出力信号を順次に読み出すこともできる。また、図６bでは、128個の情報書き込み素子51を1行に並べて形成した例であるが、ROMの集積回路に対する占有面積を縮小するためには、２次元配列して全体をコンパクトにまとめることも可能である。
【００６４】
図７aは透過光の光強度が最小な場合の光スイッチング素子の断面図である。本発明の露光マスクは、光の干渉作用を利用して透過又は非透過(若しくは反射又は非反射)を切り換える光スイッチング素子を用いている。本例の光スイッチング素子は、所定の間隔を挟んで対向する第１光学面２及び第２光学面６からなる透過型の光スイッチング素子であり、第２光学面６から入射光を入力し、第１光学面２から透過光を出力する。本例の光スイッチング素子は、前記とは逆に、第１光学面２から入射光を入力し、第２光学面６から透過光を出力することもできるが、光の干渉作用は同様に働くため、説明は省略する。本例では、第１光学面２は位置固定で、第２光学面６が第１光学面２に向けて変位し、光の干渉作用を変化させる。第１光学面２は、入射光に対して透明な石英ガラス等からなる基板１の上面に、導電性を有する半透過膜として多結晶シリコン膜、金膜、ITO膜等で形成している。第２光学面６は、導電性を有する半透過膜として多結晶シリコン膜、金膜、ITO膜等で形成し、入射光に対して透明な窒化シリコン膜等で形成された可動面５を添設している。
【００６５】
上記第１光学面２及び第２光学面６は、下方ストッパ透過面３と下方スペーサ面４とを挟んで対向している。下方ストッパ透過面３は、入射光に対して透明で、屈折率が大きく、誘電率の高い窒化シリコン膜等からなり、第１光学面２の上面に形成している。下方スペーサ面４は、前記下方ストッパ透過面３に接面するまでの第２光学面６の変位量を制限する間隔を設定する面で、燐ガラス膜等からなり、光経路の断面形状を有する間隙７を残して下方ストッパ透過面３上に形成している。
【００６６】
本例では、更に、第２光学面６の復帰方向の変位量を制限する上方ストッパ透過面９を設けている。上方ストッパ透過面９は、酸化シリコン膜や窒化シリコン膜等からなり、第２光学面の上面に形成された燐ガラス膜等からなる薄い上方スペーサ面８を介して形成している。上方スペーサ面８は、光経路の断面形状を有する間隙10を残して形成されている。
【００６７】
上記下方スペーサ面４の間隙７は、下方ストッパ透過面３を覆うように形成した燐ガラス膜等を、エッチングにより光経路の断面範囲を除去することで形成する。同様に、上方スペーサ面８の間隙10は、第２光学面を覆うように形成した燐ガラス膜等を、エッチングにより光経路の断面範囲を除去することで形成する。このとき、下方ストッパ透過面３、第２光学面６、可動面５、そして上方ストッパ透過面９はエッチングされないので、間隙７は下方スペーサ面４の膜厚で、間隙10は上方スペーサ面８の膜厚で精密に設定できる。
【００６８】
上記構成の透過型の光スイッチング素子は、図７bに示すように、第１光学面２及び第２光学面６をそれぞれ電極として異なる極性の電気信号を印加することにより、第１光学面２及び第２光学面６の間に電界を発生させる。そして、前記電界により、第１光学面２及び第２光学面６が互いに引き合う静電気力を可動面５に働かせて変形させ、この可動面５と一体になった第２光学面６を下方ストッパ透過面３に接面するまで変位させる。これにより、入射光に対する第１光学面２及び第２光学面６間の光経路の長さが短くなり、この光経路の長さの短縮に伴う光の干渉作用の変化により、透過光の光強度を変化させることができる。
【００６９】
また、本例の光スイッチング素子では、上述のように静電気力によって変位した第２光学面６が、下方ストッパ透過面３に密着した状態(図７b)から元の位置(復帰位置)に復帰する際、リバウンド現象(復帰位置を挟んだ往復運動)を発生させないようにしている。具体的には、第２光学面６に対して極めて狭い間隙10を隔てて形成された上方ストッパ透過面９に復帰する第２光学面６の変位量を制限することにより、短時間で元の安定状態に復帰させる。このとき、上述とは逆に、第１光学面２と第２光学面６とをそれぞれ電極として同じ極性の電気信号を印加することにより、第１光学面２及び第２光学面６が互いに反発する静電気力を可動面５に与えて変形させ、上方ストッパ透過面９に接面するまで第２光学面６を復帰(変位)させることができる。こうした第２光学面６の復帰は、印加する電気信号の制御(極性の切り替え)により、容易に実現できる。
【００７０】
図８aは透過光の光強度が最小な場合の別例の光スイッチング素子の断面図であり、図８bは透過光の光強度が最大な場合の別例の光スイッチング素子の断面図である。本例は、上述の例(図７a及び図７b参照)に比べ、窒化シリコン膜等からなる可動面５が形成されておらず、単層の透過膜から第２光学面６を構成している点が異なる。この相違により、窒化シリコン膜等で形成された下方ストッパ透過面３の膜厚を変更している。本例の場合、図８bに示すように第２光学面６自体が静電気力によって第１光学面２に向けて変位するが、光の干渉作用の変化については、上述の例(図７b参照)と同様である。このように、変位する第２光学面６は、二層膜(図７a及び図７b参照)を用いるか、単層膜(図８a及び図８b)を用いるかは、自由に選択できる。
【００７１】
図９aは遮光面11を設けた光スイッチング素子の断面図であり、図９bは同光スイッチング素子における透過光の光強度分布を表す図である。本発明の光スイッチング素子は、第２光学面６と下方ストッパ透過面３とが接面している範囲で透過光の最大光強度が得られるが、前記範囲の周辺では、第２光学面６が傾斜して透過光の光強度が徐々に低下する。この結果、透過光の光強度分布は、図９b中破線で表されるように、端部が不鮮明になってしまう。こうした透過光の光強度分布は、鮮明な露光パターンを焼き付ける必要のある露光マスクに好ましくない。そこで、本発明では、図９aに見られるように、上方ストッパ透過面９の上面に、入射光を通過させない高融点金属膜(W膜やMo膜等)等の遮光面11を形成し、この遮光面11に前記第2光学面6と下方ストッパ透過面3とが接面している範囲内に透過窓12を開口し、前記透過窓12の範囲で透過光を得る。前記遮光面11は、Al, Au, Cr等の金属膜や、多結晶シリコン膜等の半導体膜により形成することもできる。
【００７２】
このように、透過窓12を設けた遮光面11を用いれば、図９b中実線で表されるように、透過光の光強度分布は周縁で光強度が急峻に変化する、輪郭の鮮明な透過光を得ることができる。したがって、図２aに例示したように、任意の形状の露光パターンを有する光スイッチング素子が実現できる。こうした遮光面11は、上方ストッパ透過面９の上面に形成するほか、透過光が通過する光経路に対して形成すればよい。これから、例えば本例の場合、上方ストッパ透過面９の下面、第１光学面２の下面又は上面、下方ストッパ透過面３の上面又は下面、第２光学面６の上面又は下面、基板１の上面又は下面のいずれかに遮光面を形成できればよい。
【００７３】
このほか、本発明における光スイッチング素子では、上方ストッパ透過面９の上面に入射光を効率よく透過させ、光スイッチング素子表面での入射光の反射を防止するための反射防止膜や、外部からの汚染等を防ぐための保護膜を形成してもよい。この場合、上記遮光面は、前記反射防止膜や保護膜の上面又は下面に形成することができる。
【００７４】
以下に、本発明による光の干渉作用を用いた透過型の光スイッチング素子の動作原理について説明する。入射光の一部が通過する一対の半透過鏡からなる第１光学面及び第２光学面からなる光スイッチング素子は、前記第１光学面及び第２光学面により「ファブリー・ペロー型干渉フィルタ」を構成する。このファブリー・ペロー型干渉フィルタは、入射光角度がほぼ０度の場合、入射光に対する透過光の割合は、近似的に
IT/I0＝[１−Ａ/(１−Ｒ)]2×{１＋[４Ｒ/(１−Ｒ)2]sin2(２πｈ/λ)}-１
で与えられる。上記式の右辺中、[１−Ａ/(１−Ｒ)]2項は入射光に対する透過光の減衰率、上記式の右辺中{１＋[４Ｒ/(１−Ｒ)2]sin2(２πｈ/λ)}-１項は透過光の最大光強度に対する光強度の割合(IT/ITmax)を表わす。ここで、I0は入射光の光強度、ITは透過光の光強度、Ａは吸収係数、Ｒは反射係数、Ｔは透過係数、ｈは第１光学面及び第２光学面の実効的な間隔(ｈ＝ｎｔ、ｔは物理的な第１光学面及び第２光学面の間隔、ｎは第１光学面及び第２光学面間における実効的な屈折率)、そしてλは入射光の波長である。また、Ａ＋Ｒ＋Ｔ＝１の関係にある。
【００７５】
図10は透過光の光強度ITと光経路長との関係を表す図である。図10は、(IT/ITmax)と波長λで規格化した第１光学面及び第２光学面の間隔ｈとの関係を、反射係数Ｒをパラメータにして表している。一般に、透過光の最大光強度ITmaxはｈ＝ｍ×(λ/２)、最小光強度ITminはｈ＝ｎ×(λ/２)＋λ/４の時に得られる(ｍ及びｎは整数)。図10に示すように、第１光学面及び第２光学面の間隔ｈがλから(５/４)λへとλ/４だけ変化すると、(IT/ITmax)は1.0から単調に減少して最小値となる。透過光の光強度を大きく変化させるには大きなＲが、前記光強度を緩やかに変化させたい場合は小さなＲが望ましい。すなわち、露光マスクに用いる光スイッチング素子は、Ｒを大きくし、透過又は非透過を２値的に切り換えるディジタル的スイッチが好ましいと言える。
【００７６】
例えば、上記図７aに示す例の光スイッチング素子は、第１光学面及び第２光学面の間隔がｈ＝ｎ1ｔ1＋ｎ２ｔ2＋ｎ0ｇ＝(５/４)λの時に、透過光の光強度は最小となる。ここで、ｎ1は下方ストッパ透過面３の屈折率、ｔ1は下方ストッパ透過面３の膜厚、ｎ2は可動面５の屈折率、ｔ2は可動面５の膜厚、そしてｎ0は間隙７における屈折率(空気の場合はｎ0＝1.0)、ｇは間隙７の大きさである。これに対し、図７bに示す透過光の最大光強度Itmaxを得る場合はｈ＝ｎ1ｔ1＋ｎ２ｔ2＝λを満足する時である。これから、間隙７の大きさｇは、第２光学面６の変位量をλ/４とするように、精密に設定できればよいことになる。
【００７７】
図８a及び図８bに示す例では、ITminはｈ＝ｎ1ｔ1’＋ｎ0ｇ＝(５/４)λで、ITmaxはｎ1ｔ1’＝λで与えられる。ここで、ｔ1'は下方ストッパ透過面３の膜厚である。間隙７の大きさｇ＝λ/４は、図７aの例と同様である。図８a及び図８bの下方ストッパ透過面３と、図７a及び図７bに示す下方ストッパ透過面３及び可動面５とを、同じ材料で形成すれば、ｔ1'＝ｔ1＋ｔ2で与えられる。
【００７８】
図７aに示す例では、入射光の光経路の長さの変化に及ぼす影響を無視できる程に、可動面５(例えば窒化シリコン膜)の厚さを薄く形成すれば、第１光学面２及び第２光学面６の間隔ｈは、入射光の波長λ＝1.3〜1.5μｍに対して、ｈ＝ｎ1ｔ1＋ｎ0ｇ≒(５/４)λ≒1.6μmで与えられる。ここで、間隙７が空気であればｎ0＝1.0となり、ｇ＝λ/４、ｎ1ｔ1＝λとなる。そして、下方ストッパ透過面３を窒化シリコン膜により形成すれば、ｎ1＝2.0となるので、ｔ1＝λ/2.0≒0.7μｍとなる。本発明の光スイッチング素子では、下方スペーサ面４である燐ガラス膜の膜厚はλ/４≒0.4μｍで、ウエットエッチングによる下方スペーサ面４の加工精度を高くすることができる。
【００７９】
本発明による光スイッチング素子の特徴の1つは、可視光から紫外光を超えてより短波長の光を取り扱うことができる点にある。具体的に、露光技術に用いられるｇ線(λ＝436nｍ)の紫外光を入射光とした場合について、図８a及び図８bに見られる透過型の光スイッチング素子を例に説明する。紫外光を扱う光スイッチング素子は、約５mm厚の石英ガラス板からなる基板１の上面に、導電性を有する20nm厚の多結晶シリコン膜からなる第１光学面２を形成する。下方ストッパ透過面３は、ｎ1ｔ1＝λを満足するように、t1＝213nmの窒化シリコン膜として、前記第１光学面２の上面に形成する。ここで、λ≒0.4μmで、窒化シリコン膜の屈折率ｎ1＝2.05とする。下方スペーサ面４は、間隙７がλ/4＝109nmとなるように、前記下方ストッパ透過面３の上面に燐ガラス膜から形成する。第２光学面６は、前記下方スペーサ面４の上面に、導電性を有する20nm厚の多結晶シリコン膜として形成する。上方ストッパ透過面９は、前記第２光学面６に対し、約10nm厚の燐ガラス膜からなる上方スペーサ面８を介して、約１μｍ厚の酸化シリコン膜やシリコン窒化膜から形成する。
【００８０】
間隙７は、下方スペーサ面４の燐ガラス膜を光経路の断面形状に等しい範囲で、弗酸等でエッチングすることにより、また間隙10は、上方スペーサ面８の燐ガラス膜を光経路の断面形状に等しい範囲で、弗酸等でエッチングすることにより、それぞれ形成できる。第１光学面２及び第２光学面６を構成する多結晶シリコン膜は、λ＝436nmの入射光に対し、吸収係数 Ａ＝0.25(前記値は、第１光学面２及び第２光学面６の両者を合わせた吸収係数である)、反射係数 Ｒ＝0.4とすれば、ITmax＝0.34I0、ITmin＝0.06I0となり、ITmin : ITmax≒１：５が得られる。これから、透過光は入射光の約１/３に減衰しながら、透過又は非透過の切り換えにおいて約５倍の変化が得られ、紫外光の透過型の光スイッチング素子として動作することがわかる。
【図面の簡単な説明】
【００８１】
【図１】本発明の露光マスクの使用態様を説明する露光装置の構成図である。
【図２ａ】本発明の露光マスクの一例を表す平面図である。
【図２ｂ】同露光マスクを用いた露光態様を表す平面図である。
【図３ａ】本発明の露光マスクの別例を示す平面図である。
【図３ｂ】同露光マスクを用いた露光態様を表す平面図である。
【図４ａ】本発明の露光マスクの別例を示す平面図である。
【図４ｂ】同露光マスクを用いた露光態様を表す平面図である。
【図５ａ】本発明の露光マスクの別例を示す平面図である。
【図５ｂ】同露光マスクを用いた露光態様を表す平面図である。
【図６ａ】本発明により形成されるROMの一例を表す回路構成図である。
【図６ｂ】128ビットの固有情報を予め書き込んだROMの一例を表す回路構成図である。
【図７ａ】透過光の光強度が最小な場合の光スイッチング素子の断面図である。
【図７ｂ】透過光の光強度が最大な場合の光スイッチング素子の断面図である。
【図８ａ】透過光の光強度が最小な場合の別例の光スイッチング素子の断面図である。
【図８ｂ】透過光の光強度が最大な場合の別例の光スイッチング素子の断面図である。
【図９ａ】遮光面を設けた光スイッチング素子の断面図である。
【図９ｂ】同光スイッチング素子における透過光の光強度分布を表す図である。
【図１０】透過光の光強度ITと光経路長との関係を表す図である。
【符号の説明】
【００８２】
１  基板
２  第１光学面
３  下方ストッパ透過面
４  下方スペーサ面
５  可動面
６  第２光学面
７  間隙
８  上方スペーサ面
９  上方ストッパ透過面
10  間隙
11  遮光面
12  透過窓
22  露光マスク
43  露光マスク
44  露光マスク
【図１】
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【図２ａ】
2005159158.tif 000004
【図２ｂ】
2005159158.tif 000005
【図３ａ】
2005159158.tif 000006
【図３ｂ】
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【図４ａ】
2005159158.tif 000008
【図４ｂ】
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【図５ａ】
2005159158.tif 000010
【図５ｂ】
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【図６ａ】
2005159158.tif 000012
【図６ｂ】
2005159158.tif 000013
【図７ａ】
2005159158.tif 000014
【図７ｂ】
2005159158.tif 000015
【図８ａ】
2005159158.tif 000016
【図８ｂ】
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【図９ａ】
2005159158.tif 000018
【図９ｂ】
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【図１０】
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