(57)【要約】【課題】半導体素子等の製造プロセスにおいて、フォトマスクを用いた複数の露光工程でそれぞれ形成されるパターン間のずれを抑制する。【解決手段】フォトマスク６０を、デュアルダマシン配線構造のトレンチ及びその内側に配置されるコンタクトホールそれぞれのパターニングに共用可能とする。フォトマスク６０は、第１遮光層６４及び第２遮光層６６を積層される。第１遮光層６４は、第１照射光に対して遮光性を有すると共に、トレンチに対応した開口部６８を有する。第２遮光層６６は、第２照射光に対して遮光性を有し、かつ第１照射光に対して透過性を有すると共に、コンタクトホールに対応した開口部７０を有する。フォトマスク６０に第１照射光を照射すれば、トレンチのパターンを露光でき、第２照射光を照射すればコンタクトホールのパターンを露光できる。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
互いに波長帯域が異なる第１照射光及び第２照射光を透過する基板と、
前記基板の一方主面上に積層され、前記第１照射光に対して遮光性を有すると共に、前記第１照射光による目的露光パターンに応じた開口部が形成された第１遮光層と、
前記基板の一方主面上に積層され、前記第２照射光に対して遮光性を有し、かつ前記第１照射光に対して透過性を有すると共に、前記第２照射光による目的露光パターンに応じた開口部が形成された第２遮光層と、
を有することを特徴とするフォトマスク 。
【請求項２】
請求項１に記載のフォトマスクにおいて、
前記第１遮光層は、前記第２照射光に対して透過性を有すること、を特徴とするフォトマスク。
【請求項３】
請求項１又は請求項２に記載のフォトマスクを用いて、電子装置を製造する製造方法であって、
前記電子装置を形成する対象物の表面に、前記第１照射光に対する感光性を有する第１フォトレジスト膜を形成し、前記フォトマスクを用いて前記第１フォトレジスト膜を前記第１照射光により露光するフォトリソグラフィー工程と、
前記対象物に対して、前記第２照射光に対する感光性を有する第２フォトレジスト膜を形成し、前記フォトマスクを用いて前記第２フォトレジスト膜を前記第２照射光により露光するフォトリソグラフィー工程と、
を有することを特徴とする製造方法。
【請求項４】
請求項３に記載の電子装置の製造方法において、
前記第１照射光及び前記第２照射光を切り換えて照射可能な露光装置に、前記フォトマスクをセットし位置合わせを行い、
前記各フォトリソグラフィー工程での前記第１照射光及び前記第２照射光それぞれによる露光を、前記フォトマスクの位置合わせ状態を同じ状態に保った前記露光装置を用いて行うこと、
を特徴とする製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、フォトリソグラフィー技術に用いるフォトマスク、及び当該フォトマスクを用いて半導体素子や配線基板装置等の電子装置を製造する製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、半導体素子の配線材料として、比抵抗の小さい銅やタングステンが用いられることが多くなってきている。これらの金属は、反応性イオンエッチングによる加工が困難であるため、それらを配線材料として用いる場合、ダマシン（Damascene）法を用いた配線形成がなされる。ダマシン法としては、コンタクトと配線とを段階的に形成していくシングルダマシン法と、コンタクトおよび配線を同時に形成するデュアルダマシン法が知られている。
【０００３】
図５，図６は、半導体素子におけるデュアルダマシン法による配線構造の製造プロセスを示す素子断面図であり、製造プロセスの主要な工程での素子の垂直断面を表している。例えば、コンタクト（ビア）を形成するコンタクトホールと、当該コンタクトホールにオーバーラップして配置される配線部分の溝（トレンチ）とを順次形成し、形成したコンタクトホール及びトレンチに配線材料が埋め込まれる。
【０００４】
図５（ａ）は、不図示の基板上の第１絶縁膜２に形成されたトレンチに第１配線４が形成され、その上に拡散防止膜６及び第２絶縁膜８がこの順に形成された段階を示している。基板上に第１絶縁膜２を成膜した後、ドライエッチングにより配線溝を形成し、その内部を埋め込むようにバリアメタル膜（不図示）および銅膜をこの順で形成する。そして、ＣＭＰ（Chemical Mechanical Polishing：化学的機械的研磨）により配線溝外部に形成された不要なバリアメタル膜および銅膜を除去することにより、第１配線４が形成される。次に、第１配線４上に拡散防止膜６を形成する。拡散防止膜６は、銅の絶縁膜中への拡散を防止するため、また、コンタクトホール形成時のエッチングストッパ膜として用いるために形成される。そして、拡散防止膜６上に、第２絶縁膜８を形成する。例えば、第２の絶縁膜８には低誘電率層間絶縁膜が用いられる。
【０００５】
続いて、第２絶縁膜８上に不図示の反射防止膜及びフォトレジスト膜１０をこの順に形成し、当該フォトレジスト膜１０を、露光装置にセットしたフォトマスク１２を用いてフォトリソグラフィー技術によりパターニングする（図５（ｂ））。図７は、フォトレジスト膜１０をポジ型レジストで形成した場合の、そのパターニングに用いる従来のフォトマスク１２の模式図であり、図７（ａ）は平面図、図７（ｂ）は図７（ａ）におけるＸ−Ｘ’断面を表している。フォトマスク１２は、例えば、ＫｒＦエキシマレーザ（波長２４８ｎｍ）を照射光１４として用いて露光を行うためのものであり、ＫｒＦエキシマレーザを好適に透過するガラス等の基板４０の上にクロム（Ｃｒ）膜４２が遮光膜として形成される。Ｃｒ膜４２はコンタクトホール１６を形成する領域に対応して開口部４４が形成される。
【０００６】
照射光１４はフォトマスク１２の開口部を通過し、フォトレジスト膜１０を露光する。現像処理を行うことで、フォトレジスト膜１０は、露光された部分を選択的に除去され、コンタクトホール１６の予定位置に開口部１８を形成される（図５（ｃ））。
【０００７】
このフォトレジスト膜１０をエッチングマスクとしてドライエッチングを行い、コンタクトホール１６を形成する（図５（ｄ））。このとき、第２絶縁膜８と拡散防止膜６とのエッチングレートの差により、拡散防止膜６上にてエッチングを停止させる。これは、第１配線４の露出による銅汚染や、エッチング後のアッシング、洗浄工程における銅へのダメージを防止するためである。エッチング後、アッシングによりフォトレジスト膜１０および反射防止膜を除去する。
【０００８】
次に、第２絶縁膜８上に不図示の反射防止膜及びフォトレジスト膜２０をこの順に形成し、当該フォトレジスト膜２０を、露光装置にセットしたフォトマスク２２を用いてフォトリソグラフィー技術によりパターニングする（図５（ｅ））。図８は、フォトレジスト膜２０をポジ型レジストで形成した場合の、そのパターニングに用いる従来のフォトマスク２２の模式図であり、図８（ａ）は平面図、図８（ｂ）は図８（ａ）におけるＸ−Ｘ’断面を表している。フォトマスク２２は、例えば、ＫｒＦエキシマレーザを照射光２４として用いて露光を行うためのものであり、ＫｒＦエキシマレーザを好適に透過するガラス等の基板４６の上にＣｒ膜４８が遮光膜として形成される。Ｃｒ膜４８はトレンチ２６を形成する領域に対応して開口部５０が形成される。
【０００９】
照射光２４はフォトマスク２２の開口部を通過し、フォトレジスト膜２０を露光する（図５（ｅ））。現像処理を行うことで、フォトレジスト膜２０は、露光された部分を選択的に除去され、トレンチ２６の予定位置に開口部２８を形成される（図６（ａ））。
【００１０】
このフォトレジスト膜２０をエッチングマスクとしてドライエッチングを行い、トレンチ２６を形成する（図６（ｂ））。このとき、コンタクトホール１６には反射防止膜またはフォトレジスト膜２０が埋め込まれているため、コンタクトホール１６内にてエッチングは進行しない。エッチング後、アッシングによりフォトレジスト膜２０および反射防止膜を除去する。
【００１１】
さらに、コンタクトホール１６底部の拡散防止膜６をドライエッチングにより除去し、第１配線４を露出させる（図６（ｃ））。このようにしてコンタクトホール１６及びトレンチ２６が形成され、それらを含む第２絶縁膜８上全体に、バリアメタル膜３０および電界めっきのシード層となる銅膜（不図示）をスパッタによりこの順に形成する。そして、電界めっきによりコンタクトホール１６及びトレンチ２６に銅膜３２を埋め込む（図６（ｄ））。不要部分の銅膜３２及びバリアメタル膜３０をＣＭＰにより除去し、トレンチ２６中の銅膜３２すなわち第２配線３４、及び第１配線４と第２配線３４とを接続するコンタクト３６が形成される（図６（ｅ））。
【特許文献１】特開２００４−１７９５８８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１２】
上述したデュアルダマシン配線構造の形成におけるコンタクトホール１６及びトレンチ２６を形成するエッチングマスクはパターンが異なるため、別々のフォトレジスト膜を用いて形成される。このような場合、従来は、各フォトレジスト膜の露光には、図７，図８で示したような別々のフォトマスクが用いられる。
【００１３】
フォトマスクを露光装置にセットしてウェハを露光する際には、種々の要因によって、ウェハ上に形成されるパターンに誤差が生じる。例えば、フォトマスクの製造ばらつき等により、フォトマスクの基板に対する遮光膜の位置に誤差が生じ得る。また、フォトマスクを露光装置にセットする際の位置合わせにおいても誤差が生じ得る。そしてこれらの誤差は複数のフォトマスクを用いた場合、フォトマスク毎に生じる結果、それら複数のフォトマスクを用いて形成されるパターン間での誤差に起因するばらつきは増加するという問題があった。
【００１４】
本発明は上記問題点を解決するためになされたものであり、複数の露光工程で形成されるパターン間の誤差を低減可能なフォトマスク、及びパターン間のずれが抑制された電子装置を製造する製造方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１５】
本発明に係るフォトマスクは、互いに波長帯域が異なる第１照射光及び第２照射光を透過する基板と、前記基板の一方主面上に積層され、前記第１照射光に対して遮光性を有すると共に、前記第１照射光による目的露光パターンに応じた開口部が形成された第１遮光層と、前記基板の一方主面上に積層され、前記第２照射光に対して遮光性を有し、かつ前記第１照射光に対して透過性を有すると共に、前記第２照射光による目的露光パターンに応じた開口部が形成された第２遮光層と、を有する。また本発明に係る電子装置の製造方法は、当該マスクを用いて行われる。
【発明の効果】
【００１６】
本発明によれば、従来、複数のフォトマスクでそれぞれ形成していた複数のパターンを１枚のフォトマスクで形成可能とする。当該フォトマスクには複数のパターンが重ね合わせて形成される。複数のパターンを別々のフォトマスクで形成する場合は、それらパターン間のずれ量はばらつき、変動し得るため制御が難しいが、本発明は、同一のフォトマスク上に複数のパターンを形成するため、相互のずれ量をフォトマスク製造時に抑制することが比較的容易であり、しかも、抑制された状態が保持される。また、同一のフォトマスクで複数のパターンの露光を行うので、フォトマスクを露光装置にセットする回数を減らすことが可能であり、露光装置にフォトマスクをセットする際の位置ずれの影響を軽減することができる。すなわち、本発明によれば、複数のパターン間の位置の合わせ精度を向上させることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１７】
以下、本発明の実施の形態（以下実施形態という）について、図面に基づいて説明する。本実施形態のフォトマスクは、デュアルダマシン配線構造のコンタクトホール及びトレンチのフォトリソグラフィー工程に用いるものである。本実施形態におけるデュアルダマシン配線構造の製造プロセスは、当該フォトリソグラフィー工程以外の部分は、基本的に図５，図６を用いて上述したプロセスと共通である。よって、当該共通部分についての説明は上述の説明を援用し、また、図５，図６に示したものと同様の構成要素については、以下の説明においても同じ符号を付す。
【００１８】
本発明に係るフォトマスク６０は、露光に用いる照射光の波長を変えることで、レジストに対する露光パターンを切り換えることができる。本フォトマスク６０を用いて例えば、ＫｒＦエキシマレーザで露光を行うことによりコンタクトホール１６の形成に係るフォトレジスト膜１０のパターニングが行われ、ｉ線（波長３６５ｎｍ）で露光を行うことによりトレンチ２６の形成に係るフォトレジスト膜２０のパターニングが行われる。
【００１９】
図１は、フォトレジスト膜１０をＫｒＦエキシマレーザに対して感光性を有するポジ型レジストで形成し、フォトレジスト膜２０をｉ線に対して感光性を有するポジ型レジストで形成した場合において、それらのパターニングに用いるフォトマスク６０の模式図であり、図１（ａ）は平面図、図１（ｂ）は図１（ａ）におけるＸ−Ｘ’断面を表している。
【００２０】
フォトマスク６０は、例えば、ガラスで構成されＫｒＦエキシマレーザ及びｉ線を透過する基板６２と、基板６２の一方主面上に積層された第１遮光層６４及び第２遮光層６６とを含んで構成される。第１遮光層６４は、ｉ線に対して遮光性を有する膜で形成される。例えば、第１遮光層６４は、Ｃｒ膜で形成される。ちなみに、このＣｒ膜はＫｒＦエキシマレーザに対しても遮光性を有する。第２遮光層６６は、ＫｒＦエキシマレーザに対して遮光性を有し、かつｉ線に対して透過性を有する膜で形成される。例えば、第２遮光層６６は、位相シフトマスクにシフタとして用いられるＳＯＧ（Spin on Glass）のうちｉ線に対して選択的に透過性を有するもので形成することができる。なお、ｉ線に対する透過性は大きいことが好ましく、例えば、半分以上を透過するようにＳＯＧの調整を行う。また、第２遮光層６６は、ダイクロイックフィルタを用いて構成することもできる。
【００２１】
本実施形態では、トレンチ２６のパターンに対応した形状の開口部６８が第１遮光層６４に設けられる。この開口部６８内に、第２遮光層６６の開口部７０がコンタクトホール１６のパターンに対応した形状に形成される。開口部６８内には、第２遮光層６６で覆われた領域が存在するが、第２遮光層６６はｉ線を透過するので、フォトマスク６０を用いｉ線で露光することで、フォトレジスト膜２０は開口部６８に対応する領域を露光される。一方、ＫｒＦエキシマレーザは第１遮光層６４及び第２遮光層６６により阻止されるため、フォトマスク６０を用いＫｒＦエキシマレーザで露光することで、フォトレジスト膜１０は開口部７０に対応する領域を露光される。すなわち、フォトマスク６０により２種類のパターンを露光することができる。
【００２２】
図２は、フォトマスク６０の製造プロセスを示す断面図であり、製造プロセスの主要な工程でのフォトマスク６０の垂直断面を表している。フォトマスク６０は、基板６２の全面に第２遮光層６６ｉ、第１遮光層６４ｉ及びフォトレジスト膜７２を積層したマスクブランクスを用いて作られる（図２（ａ））。
【００２３】
フォトレジスト膜７２を電子ビーム（ＥＢ）描画装置で露光した後、現像して、第２遮光層６６のパターンに対応したエッチングマスク７２ｍを形成する（図２（ｂ））。このエッチングマスク７２ｍを用いて、第１遮光層６４ｉ及び第２遮光層６６ｉをエッチングする（図２（ｃ））。これにより、コンタクトホール１６の形成領域に対応した部分に、第１遮光層６４ｉ及び第２遮光層６６ｉに開口が形成され、開口部７０を有する第２遮光層６６が形成される。
【００２４】
フォトレジスト膜７２を剥離した後、改めて、基板６２の全面にフォトレジストを塗布し、フォトレジスト膜７４を形成する（図２（ｄ））。フォトレジスト膜７４を露光・現像して、第１遮光層６４のパターンに対応したエッチングマスク７４ｍを形成する（図２（ｅ））。このエッチングマスク７４ｍを用いて、第１遮光層６４をエッチングする（図２（ｆ））。このエッチングは、基本的に第２遮光層６６がエッチングされない方法・条件で行われる。これにより、トレンチ２６の形成領域に対応した部分の第１遮光層６４ｉが除去され、開口部６８を有した第１遮光層６４が形成される。しかる後、フォトレジスト膜７４を剥離して、図１（ａ）に示すフォトマスク６０ができあがる。
【００２５】
次に、フォトマスク６０を用いて行うデュアルダマシン配線構造のコンタクトホール及びトレンチのフォトリソグラフィー工程について説明する。図３，図４はそれぞれフォトリソグラフィー工程のうち特に露光工程を示す模式図であり、図３は、コンタクトホール１６を形成する際の露光工程、図４は、トレンチ２６を形成する際の露光工程を示している。図３，図４にはそれぞれ、素子の断面、フォトマスク６０、及び露光光が示されている。本実施形態では図５（ｂ）で示す工程に代えて図３で示す工程が行われ、また図５（ｅ）で示す工程に代えて図４で示す工程が行われる。
【００２６】
まず、図３を用いて、コンタクトホール１６の形成時の露光工程を説明する。フォトマスク６０を露光装置にセットし、露光装置に対するフォトマスク６０の位置合わせを行う。なお、露光装置は、ｉ線及びＫｒＦエキシマレーザを切り換えて照射可能なものを使用する。
【００２７】
また、露光装置には露光対象のウェハがセットされる。このウェハは、図５（ａ）に示す第２絶縁膜８の上に、さらに不図示の反射防止膜及びフォトレジスト膜１０をこの順に形成したものである。なお、本実施形態では既に述べたように、フォトレジスト膜１０はＫｒＦエキシマレーザに対して感光性を有するポジ型レジストで形成される。
【００２８】
このウェハをフォトマスク６０を用いて、ＫｒＦエキシマレーザ８０で露光する。フォトマスク６０に照射されたＫｒＦエキシマレーザ８０は、第１遮光層６４と第２遮光層６６とで阻止され、第２遮光層６６の開口部７０のみを透過する。これにより、フォトレジスト膜１０は開口部７０に対応する領域を選択的に露光される。フォトレジスト膜１０を現像することにより、図５（ｃ）に示す、コンタクトホール１６を形成するためのエッチングマスクが形成される。
【００２９】
コンタクトホール１６の形成後にトレンチ２６が形成される。図４を用いて、トレンチ２６の形成時の露光工程を説明する。この露光工程もフォトマスク６０を用いて行われる。ここで、同じフォトマスクを用いるので、コンタクトホール１６における露光工程後、フォトマスク６０を露光装置から取り外さず、そのまま当該露光装置を用いてトレンチ２６の露光工程を行うことができる。このようにすれば、トレンチ２６の露光に際して、フォトマスク６０の位置合わせの手間を省くことができる。また、コンタクトホール１６の露光工程とトレンチ２６の露光工程とを共通の位置合わせ状態で行うことにより、コンタクトホール１６とトレンチ２６との間の位置ずれが抑制される。
【００３０】
コンタクトホール１６の露光工程にてすでにフォトマスク６０がセットされている露光装置に、露光対象のウェハをセットする。このウェハは、コンタクトホール１６が形成された第２絶縁膜８の上に、不図示の反射防止膜及びフォトレジスト膜２０をこの順に形成したものである。なお、本実施形態では既に述べたように、フォトレジスト膜２０はｉ線に対して感光性を有するポジ型レジストで形成される。
【００３１】
このウェハをフォトマスク６０を用いて、ｉ線８２で露光する。フォトマスク６０に照射されたｉ線８２は、第１遮光層６４では阻止されるが、第２遮光層６６は透過する。すなわち、ｉ線８２は第１遮光層６４の開口部６８を透過してウェハに到達する。これにより、フォトレジスト膜２０は開口部６８に対応する領域を選択的に露光される。フォトレジスト膜２０を現像することにより、図６（ａ）に示す、トレンチ２６を形成するためのエッチングマスクが形成される。
【００３２】
なお、フォトマスク６０の基板６２上に積層される第１遮光層６４と第２遮光層６６との上下関係は逆とすることもできる。すなわち、フォトマスク６０は、トレンチ２６に対応したパターンを有する上述の第２遮光層６６を基板６２の上に積層し、その上にコンタクトホール１６に対応したパターンを有する上述の第１遮光層６４を積層した構造とすることができる。
【００３３】
また、上記実施形態では、第１遮光層６４はｉ線（第１照射光）だけでなくＫｒＦエキシマレーザ（第２照射光）に対しても遮光性を有するＣｒ膜としたが、第１遮光層６４は、第１照射光に対する遮光性があれば、第２照射光を透過するものであってもよい。なぜならば、第２照射光の透過は第２遮光層６６で阻止できるからである。
【００３４】
なお、上記実施形態では、第１遮光層６４が第１照射光だけでなく第２照射光に対しても遮光性を有するため、第２遮光層６６により規定されるパターンの形成位置は、第１遮光層６４の開口部６８内に限定されていた。しかし、第１遮光層６４を第２照射光に対して透過性を有するように構成すれば、その制限がなくなり、第１遮光層６４による露光パターンと、第２遮光層６６による露光パターンとは互いに独立なパターンとすることが可能となる。すなわち、１つのフォトマスク６０で、互いに独立なパターンのフォトリソグラフィーが可能となる。この場合にも、２種類のパターン間の位置の合わせ精度を向上させることができる。
【００３５】
さらに、本発明は、１つのフォトマスクで、ｎ種類のパターンのフォトリソグラフィー工程を行う構成に拡張することができる。そのフォトマスクでは、第１〜第ｎ遮光層（ｎ≧３）が共通の基板６２上に積層され、第ｋ遮光層（１≦ｋ≦ｎ）が、互いに波長が異なる第１〜第ｎ照射光（ｎ≧３）のうち第ｋ照射光に対して選択的に遮光性を有する膜で形成される。
【図面の簡単な説明】
【００３６】
【図１】本発明の実施形態に係るフォトマスクの模式的な平面図及び断面図である。
【図２】本発明の実施形態に係るフォトマスクの製造プロセスの主要工程でのフォトマスクの模式的な断面図である。
【図３】本発明の実施形態に係るフォトマスクを用いた、コンタクトホールの形成のフォトリソグラフィー工程における露光工程を示す模式図である。
【図４】本発明の実施形態に係るフォトマスクを用いた、トレンチの形成のフォトリソグラフィー工程における露光工程を示す模式図である。
【図５】デュアルダマシン配線構造の製造プロセスの主要な工程での素子の垂直断面である。
【図６】デュアルダマシン配線構造の製造プロセスの主要な工程での素子の垂直断面である。
【図７】従来のフォトマスクの模式的な平面図及び断面図である。
【図８】従来のフォトマスクの模式的な平面図及び断面図である。
【符号の説明】
【００３７】
２  第１絶縁膜，４  第１配線、６  拡散防止膜、８  第２絶縁膜、１０，２０  フォトレジスト膜、１６  コンタクトホール、１８  開口部、２６  トレンチ、３０  バリアメタル膜、３２  銅膜、３４  第２配線、３６  コンタクト、６０  フォトマスク、６２  基板、６４，６４ｉ  第１遮光層、６６，６６ｉ  第２遮光層、６８，７０  開口部、７２，７４  フォトレジスト膜、７２ｍ，７４ｍ  エッチングマスク、８０  ＫｒＦエキシマレーザ、８２  ｉ線。
【図１】
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【図２】
2009080381.tif 000004
【図３】
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【図４】
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【図５】
2009080381.tif 000007
【図６】
2009080381.tif 000008
【図７】
2009080381.tif 000009
【図８】
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