JP2000260705A

JP2000260705A - 露光方法ならびにそれを用いたデバイスおよびデバイス製造方法

Info

Publication number: JP2000260705A
Application number: JP11066879A
Authority: JP
Inventors: Yasuo Yamazaki; 康生山崎
Original assignee: Canon Inc
Current assignee: Canon Inc
Priority date: 1999-03-12
Filing date: 1999-03-12
Publication date: 2000-09-22

Abstract

(57)【要約】【課題】従来方式に比べて同一露光波長でより微細な
パターンを形成可能な二重露光方式を応用してこの二重
露光方法より複雑なパターンの形成を可能にする。【解決手段】被露光基板に対して微細周期パターンを
露光する第１の露光、前記微細周期パターンと直交する
粗周期パターンを露光する第２の露光、および粗パター
ンを露光する第３の露光を行ない、該被露光基板上に多
値的な露光量分布を与え、この多値的な露光量の適切な
位置に露光しきい値を設定することにより、前記微細周
期パターンの線幅に相当する最小線幅を有する目標パタ
ーンを形成する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、露光方法に関し、
特に微細な回路パターンを感光基板上に露光する露光方
法に関する。本発明の露光方法は、例えばＩＣやＬＳＩ
等の半導体チップ、液晶パネル等の表示素子、磁気へッ
ド等の検出素子、ＣＣＤ等の撮像素子といった各種デバ
イスの製造に用いられる。

【０００２】

【従来の技術】従来より、ＩＣ、ＬＳＩ、液晶パネル等
のデバイスをフォトリソグラフィー技術を用いて製造す
る時には、フォトマスクまたはレチクル等（以下、「マ
スク」と記す）の回路パターンを投影光学系によってフ
ォトレジスト等が塗布されたシリコンウエハまたはガラ
スプレート等（以下、「ウエハ」と記す）の感光基板上
に投影し、そこに転写する（露光する）投影露光方法お
よび投影露光装置が使用されている。

【０００３】上記デバイスの高集積化に対応して、ウエ
ハに転写するパターンの微細化すなわち高解像度化とウ
エハにおける１チップの大面積化とが要求されており、
従ってウエハに対する微細加工技術の中心を成す上記投
影露光方法および投影露光装置においても、現在、０．
５μｍ以下の寸法（線幅）の像を広範囲に形成するべ
く、解像度と露光面積の向上が計られている。

【０００４】従来の投影露光装置の摸式図を図２８に示
す。図２８中、１９１は遠紫外線露光用光源であるエキ
シマーレーザ、１９２は照明光学系、１９３は照明光、
１９４はマスク、１９５はマスク１９４から出て光学系
１９６に入射する物体側露光光、１９６は縮小投影光学
系、１９７は光学系１９６から出て基板１９８に入射す
る像側露光光、１９８は感光基板であるウエハ、１９９
は感光基板を保持する基板ステージを示す。

【０００５】エキシマレーザ１９１から出射したレーザ
光は、引き回し光学系によって照明光学系１９２に導光
され、投影光学系１９２により所定の光強度分布、配光
分布、開き角（開口数ＮＡ）等を持つ照明光１９３とな
るように調整され、マスク１９４を照明する。マスク１
９４にはウエハ１９８上に形成する微細パターンを投影
光学系１９２の投影倍率の逆数倍（例えば２倍や４倍や
５倍）した寸法のパターンがクロム等によって石英基板
上に形成されており、照明光１９３はマスク１９４の微
細パターンによって透過回折され、物体側露光光１９５
となる。投影光学系１９６は、物体側露光光１９５を、
マスク１９４の微細パターンを上記投影倍率で且つ充分
小さな収差でウエハ１９８上に結像する像側露光光１９
７に変換する。像側露光光１９７は図２８の下部の拡大
図に示されるように、所定の開口数ＮＡ（＝ｓｉｎθ）
でウエハ１９８上に収束し、ウエハ１９８上に微細パタ
ーンの像を結ぶ。基板ステージ１９９は、ウエハ１９８
の互いに異なる複数の領域（ショット領域：１個または
複数のチップとなる領域）に順次微細パターンを形成す
る場合に、投影光学系の像平面に沿ってステップ移動す
ることによりウエハ１９８の投影光学系１９６に対する
位置を変える。

【０００６】しかしながら、現在主流の上記のエキシマ
レーザを光源とする投影露光装置は、０．１５μｍ以下
のパターンを形成することが困難である。

【０００７】投影光学系１９６は、露光（に用いる）波
長に起因する光学的な解像度と焦点深度との間のトレー
ドオフによる解像度の限界がある。投影露光装置による
解像パターンの解像度Ｒと焦点深度ＤＯＦは、次の
（１）式と（２）式の如きレーリーの式によって表わさ
れる。

【０００８】

【数１】

【０００９】ここで、λは露光波長、ＮＡは投影光学系
１９６の明るさを表わす像側の開口数、ｋ₁ 、ｋ₂ はウ
エハ１９８の現像プロセス特性等によって決まる定数で
あり、通常０．５〜０．７程度の値である。この（１）
式と（２）式から、解像度Ｒを小さい値とする高解像度
化には開口数ＮＡを大きくする「高ＮＡ化」があるが、
実際の露光では投影光学系１９６の焦点深度ＤＯＦをあ
る程度以上の値にする必要があるため、高ＮＡ化をある
程度以上進めることは不可能となることと、高解像度化
には結局露光波長λを小さくする「短波長化」が必要と
なることとが分かる。

【００１０】ところが短波長化を進めていくと重大な問
題が発生する。この問題とは投影光学系１９６のレンズ
の硝材がなくなってしまうことである。殆どの硝材の透
過率は遠紫外線領域では０に近く、特別な製造方法を用
いて露光装置用（露光波長２４８ｎｍ）に製造された硝
材として溶融石英が現存するが、この溶融石英の透過率
も波長１９３ｎｍ以下の露光波長に対しては急激に低下
するし、０．１５μｍ以下の微細パターンに対応する露
光波長１５０ｎｍ以下の領域では実用的な硝材の開発は
非常に困難である。また遠紫外線領域で使用される硝材
は、透過率以外にも、耐久性、屈折率均一性、光学的歪
み、加工性等の複数条件を満たす必要があり、このこと
から、実用的な硝材の存在が危ぶまれている。

【００１１】このように従来の投影露光方法および投影
露光装置では、ウエハ１９８に０．１５μｍ以下のパタ
ーンを形成するためには１５０ｎｍ程度以下まで露光波
長の短波長化が必要であるのに対し、この波長領域では
実用的な硝材が存在しないので、ウエハ１９８に０．１
５μｍ以下のパターンを形成することができなかった。

【００１２】米国特許第５４１５８３５号公報は２光束
干渉露光によって微細パターンを形成する技術を開示し
おり、２光束干渉露光によればウエハに０．１５μｍ以
下のパターンを形成することができる。

【００１３】２光束干渉露光の原理を図２９を用いて説
明する。２光束干渉露光は、レーザ１５１からの可干渉
性を有し且つ平行光線束であるレーザ光をハーフミラー
１５２によって２光束に分割し、２光束を夫々平面ミラ
ー１５３によって反射することにより２個のレーザ光
（可干渉性平行光線束）を０より大きく９０度未満のあ
る角度を成して交差させることにより交差部分に干渉縞
を形成し、この干渉縞（の光強度分布）によってウエハ
１５４を露光して感光させることで干渉縞の光強度分布
に応じた微細な周期パターンをウエハに形成するもので
ある。

【００１４】２光束がウエハ面に立てた垂線に対して互
いに逆方向に同じ角度だけ傾いた状態でウエハ面で交差
する場合、この２光束干渉露光における解像度Ｒは次の
（３）式で表わされる。

【００１５】

【数２】

【００１６】ここで、ＲはＬ＆Ｓ（ライン・アンド・ス
ペース）の夫々の幅すなわち干渉縞の明部と暗部の夫々
の幅を、θは２光束の夫々の像面に対する入射角度（絶
対値）を表わし、ＮＡ＝ｓｉｎθである。

【００１７】通常の投影露光における解像度の式である
（１）式と２光束干渉露光における解像度の式である
（３）式とを比較すると、２光束干渉露光の解像度Ｒは
（１）式においてｋ₁ ＝０．２５とした場合に相当する
から、２光束干渉露光ではｋ₁＝０．５〜０．７である
通常の投影露光の解像度より２倍以上の解像度を得るこ
とが可能である。上記米国特許には開示されていない
が、例えばλ＝０．２４８ｎｍ（ＫｒＦエキシマ）でＮ
Ａ＝０．６の時は、Ｒ＝０．１０μｍが得られる。

【００１８】

【発明が解決しようとしている課題】しかしながら２光
束干渉露光は、基本的に干渉縞の光強度分布（露光量分
布）に相当する単純な縞パターンしか得られないので、
所望の形状の回路パターンをウエハに形成することがで
きない。

【００１９】そこで上記米国特許第５４１５８３５号公
報は、２光束干渉露光によって単純な縞パターンすなわ
ち２値的な露光量分布をウエハ（のレジスト）に与えた
後、ある開口が形成されたマスクを用いて通常リソグラ
フィー（露光）を行なってさらに別の２値的な露光量分
布をウエハに与えることにより、孤立の線（パターン）
を得ることを提案している。

【００２０】しかしながら上記米国特許第５４１５８３
５号公報の露光方法は、２光束干渉露光と通常露光の２
つの露光法の夫々において通常の２値的な露光量分布し
か形成していないので、より複雑な形状の回路パターン
を得ることができなかった。

【００２１】本発明は上述の従来例における問題点に鑑
みてなされたもので、上記通常露光によるよりも微細
で、かつ上記米国特許第５４１５８３５号公報の露光方
法によるよりも複雑なパターンを露光可能な露光方法を
提供することを目的とする。

【００２２】

【課題が解決するための手段】上記の目的を達成するた
め本発明では、被露光基板に対して微細周期パターンを
露光する第１の露光、前記微細周期パターンと直交する
粗周期パターンを露光する第２の露光、および第３の露
光を行ない、該被露光基板上に多値的な露光量分布を与
え、この多値的な露光量の適切な位置に露光しきい値を
設定することにより、前記微細パターンの線幅に相当す
る最小線幅を有する目標パターンを形成することを特徴
とする。

【００２３】本発明の好ましい実施の形態において、前
記第１の露光としては、Ｌ＆Ｓが０．１μｍ（１００ｎ
ｍ）のレベンソンパターン等の微細周期パターンを用い
る２光束干渉露光を行なう。また、第２の露光として
は、Ｌ＆Ｓが０．２μｍ以上である粗周期パターンを上
記微細周期パターンと直交させて通常露光する。さらに
第３の露光としては、最小線幅および最小間隔が０．２
μｍで上記微細周期パターンおよび粗周期パターンの各
周期方向に同期するパターンを通常露光する。

【００２４】

【作用】最初に図１９乃至図２７を用いて本発明の露光
方法の基本となる二重露光方法の原理を説明する。図１
９は上記二重露光方法を示すフローチャートである。図
１９には二重露光方法を構成する２光束干渉露光ステッ
プ、投影露光ステップ（通常露光ステップ）、現像ステ
ップの各ブロックとその流れが示してあるが、２光束干
渉露光ステップと各投影露光ステップの順序は、図１９
の逆でもいいし、どちらか一方の露光ステップが複数回
の露光段階を含む場合は各ステップを交互に行なうこと
も可能である。また、各露光ステップ間には精密な位置
合わせを行なうステップ等があるが、ここでは図示を略
した。

【００２５】図１９のフローに従って露光を行なう場
合、まず２光束干渉露光によりウエハ（感光基板）を図
２０に示すような周期的パターン（干渉縞）で露光す
る。図２０中の数字は露光量を表わしており、図２０
（Ａ）の斜線部は露光量１（実際は任意）で白色部は露
光量０である。

【００２６】このような周期パターンのみを露光後現像
する場合、通常、感光基板のレジストの露光しきい値Ｅ
_thは図２０（Ｂ）の下部のグラフに示す通り露光量０と
１の間に設定する。なお、図２０（Ｂ）の上部は最終的
に得られるリソグラフィーパターン（凹凸パターン）を
示している。

【００２７】図２１に、この場合の感光基板のレジスト
に関して、現像後の膜厚の露光量依存性と露光しきい値
とをポジ型レジスト（以下、「ポジ型」と記す）とネガ
型レジスト（以下、「ネガ型」と記す）の各々について
示してあり、ポジ型の場合は露光しきい値以上の場合
に、ネガ型の場合は露光しきい値以下の場合に、現像後
の膜厚が０となる。

【００２８】図２２はこのような露光を行なった場合の
現像とエッチングプロセスを経てリソグラフィーパター
ンが形成される様子を、ネガ型とポジ型の場合に関して
示した摸式図である。

【００２９】上記の二重露光においては、この通常の露
光感度設定とは異なり、図２３（図２０（Ａ）と同じ図
面）および図２４に示す通り、２光束干渉露光での最大
露光量を１とした時、感光基板のレジストの露光しきい
値Ｅ_thを１よりも大きく設定する。この感光基板は図２
０に示す２光束干渉露光のみ行なった露光パターン（露
光量分布）を現像した場合は露光量が不足するので、多
少の膜厚変動はあるものの現像によって膜厚が０となる
部分は生じず、エッチングによってリソグラフィーパタ
ーンは形成されない。これはすなわち２光束干渉露光パ
ターンの消失と見做すことができる（なお、ここではネ
ガ型を用いた場合の例を用いて二重露光の説明を行なう
が、本発明に係る二重露光はポジ型の場合でも実施でき
る）。なお、図２４において、上部はリソグラフィーパ
ターンを示し（何もできない）、下部のグラフは露光量
分布と露光しきい値の関係を示す。なお、下部に記載の
Ｅ ₁ は２光束干渉露光における露光量を、Ｅ₂ は通常の
投影露光における露光量を表わしている。

【００３０】二重露光の特徴は、２光束干渉露光のみで
は一見消失する高解像度の露光パターンを通常の投影露
光による露光パターンと融合して所望の領域のみ選択的
にレジストの露光しきい値以上露光し、最終的に所望の
リソグラフィーパターンを形成できるところにある。

【００３１】図２５（Ａ）は通常の投影露光による露光
パターンであり、ここでは、通常の投影露光の解像度は
２光束干渉露光の約半分としているため、投影露光によ
る露光パターンの線幅が２光束干渉露光による露光パタ
ーンの線幅の約２倍として図示してある。

【００３２】図２５（Ａ）の露光パターンを作る投影露
光を、図２３の２光束干渉露光の後に、現像工程なし
で、同一レジストの同一領域に重ねて行なったとする
と、このレジストの合計の露光量分布は図２５（Ｂ）の
下部のグラフのようになる。なお、ここでは２光束干渉
露光の露光量Ｅ₁ と投影露光の露光量Ｅ₂ の比が１：
１、レジストの露光しきい値Ｅ_thが露光量Ｅ₁ （＝１）
と露光量Ｅ₁ および投影露光の露光量Ｅ₂ の和（＝２）
との間に設定されているため、図２５（Ｂ）の上部に示
したリソグラフィーパターンが形成される。図２５
（Ｂ）の上部に示す孤立線パターンは、解像度が２光束
干渉露光のものであり且つ単純な周期的パターンもな
い。従って通常の投影露光で実現できる解像度以上の高
解像度のパターンが得られたことになる。

【００３３】ここで仮に、図２６の露光パターンを作る
投影露光（図２３の露光パターンの２倍の線幅で露光し
きい値以上（ここではしきい値の２倍の露光量）の投影
露光）を、図２３の２光束干渉露光の後に、現像工程な
しで、同一レジストの同一領域に重ねて行なったとする
と、このレジストの合計の露光量分布は図２６（Ｂ）の
ようになり、２光束干渉露光の露光パターンは消失して
最終的に投影露光によるリソグラフィーパターンのみ形
成される。

【００３４】また、図２７に示すように図２３の露光パ
ターンの３倍の線幅で行なう場合も理屈は同様であり、
４倍以上の線幅の露光パターンでは、基本的に２倍の線
幅の露光パターンと３倍の線幅の露光パターンの組み合
わせから、最終的に得られるリソグラフィーパターンの
線幅は自明であり、投影露光で実現できるリソグラフィ
ーパターンは全て、上記二重露光でも、形成可能であ
る。

【００３５】以上簡潔に説明した２光束干渉露光と投影
露光の夫々による露光量分布（絶対値および分布）と感
光基板のレジストのしきい値の調整を行なうことによ
り、図２４、図２５（Ｂ）、図２６（Ｂ）、および図２
７（Ｂ）で示したような多種のパターンの組み合せより
成り且つ最小線幅が２光束干渉露光の解像度（図２５
（Ｂ）のパターン）となる回路パターンを形成すること
ができる。

【００３６】以上の露光方法の原理をまとめると、１．投影露光をしないパターン領域すなわちレジスト
の露光しきい値以下の２光束干渉露光パターンは現像に
より消失する。２．レジストの露光しきい値以下の露光量で行なった
投影露光のパターン領域に関しては投影露光と２光束干
渉露光のパターンの組み合わせにより決まる２光束干渉
露光の解像度を持つ露光パターンが形成される。３．露光しきい値以上の露光量で行なった投影露光の
パターン領域は投影露光のみの場合と同様に（マスクに
対応する）任意のパターンを形成する。ということにな
る。更に本露光方法の利点として、最も解像力の高い２
光束干渉露光の部分では、通常の露光比してはるかに大
きい焦点深度が得られることが挙げられる。

【００３７】本発明によれば、微細周期パターンと重ね
露光される部分は微細周期パターンの解像度で露光され
る。また、図１９の投影露光ステップ（通常露光ステッ
プ）を、微細周期パターンと直交する粗周期パターンを
露光する第２の露光ステップ、および粗パターンを露光
する第３の露光ステップとの２回に分けることにより、
より複雑な形状のパターンを形成することができる。

【００３８】

【実施例】以下、本発明の実施例を説明する。以下の実
施例は露光により得られる回路パターン（リソグラフィ
ーパターン）として、図１に示すゲート型のパターンを
対象としている。図１のパターンは横方向のすなわちＡ
−Ａ’方向の最小線幅が０．１μｍであるのに対して、
縦方向では０．２μｍ以上である。

【００３９】最初に、図１のゲートパターンを形成する
露光方法の実施例を図２〜３を用いて以下に説明する。露光方法の第１の実施例本実施例では多値的な露光量分布を形成させるために図
２（ｂ）、図３（ｂ）および図５（ｂ）に示す露光パタ
ーンが生じる３種類のマスクを用いて順次露光する。す
なわち、２光束干渉露光で図２（ａ）のマスクを用い、
通常露光では図３（ａ）および図５（ａ）のマスクを用
いる。この場合のウエハ（感光基板）上での露光量比は
（２光束干渉露光）：（粗周期パターン露光）：（通常
露光）＝１：１：１である。

【００４０】以上説明した２光束干渉露光と粗周期パタ
ーン露光と通常露光の組み合わせによって図１の微細回
路パターンが形成される様子について述べる。本実施例
においては２光束干渉露光と粗周期パターン露光との間
および粗周期パターン露光と通常露光との間には現像過
程はない。従って各露光の露光パターンが重なる領域で
の露光量は加算され、加算後の露光量（分布）により新
たな露光パターンを生じることになる。

【００４１】本実施例では図２〜７を用いて１次元方向
のみの２光束干渉露光と前記露光とは９０度方向の異な
る１次元方向の粗周期パターン露光と通常露光との組み
合わせの一例を示す。図２（ａ）、図３（ａ）、図４
（ａ）、図５（ａ）における数値は露光量を表したもの
で、縦横０．１μｍピッチの分解能でマップ化したもの
である。

【００４２】図２は１次元方向のみの２光束干渉露光に
よる周期的な露光パターンを示す。この露光パターンの
周期は０．２μｍであり、この露光パターンは線幅０．
１μｍＬ＆Ｓパターンに相当する。前述した２光束干渉
露光を行なった後に粗周期パターン露光によって図３に
示すパターンの露光を行なう。図３は図２とは９０゜方
向の異なる１次元方向のみの周期的パターンである。こ
の露光パターンの周期は０．７μｍであり、線幅０．２
μｍ、スペース０．５μｍのパターンに相当する。

【００４３】前記２回の露光の結果、図４（ｂ）に示さ
れている市松の多値的な露光量分布が形成される。前述
した２回の露光により形成されている市松の多値的な露
光領分布を持つ感光基板上に図５が示すパターンの露光
を行なう。

【００４４】図６は図４の露光パターンと図５の露光パ
ターンの露光量を加算した結果生じる露光量分布（露光
パターン）を示している。図７（ｂ）はこの露光パター
ンに対して現像を行なった結果のパターンを白抜きで示
したものである。本実施例ではウエハのレジストは露光
しきい値が１より大きく２未満であるものを用いてお
り、そのため現像によって露光量が１より大きい部分の
みがパターンとして現れている。これらの繰り返しパタ
ーンはパターン間隔が最小ピッチで形成されており、最
も小さいパターン周期を示している。図７（ｂ）に白抜
きで示したパターンの形状と寸法は図１に示したゲート
パターンの形状と寸法が一致している。

【００４５】以上の説明では２光束干渉露光、前者と直
交する粗周期パターン露光、通常露光の順番で行なった
が、この順番に限定されない。

【００４６】また、本実施例では２光束干渉露光パター
ンが縦縞、粗周期パターンは横縞として説明したが、２
種類の縞の角度は任意に選ぶことができる。

【００４７】上述した実施例に対して図１に示す微細回
路パターンの周期を変えたものの形成方法を第２の実施
例として以下に示す。

【００４８】露光方法の第２の実施例本実施例では多値的な露光量分布を形成させるために図
８（ｂ）、図９（ｂ）、図１１（ｂ）に示す露光パター
ンが生じる３種類のマスクを用いて順次露光する。２光
束干渉露光で図８（ａ）のマスクを用い、粗周期パター
ン露光、通常露光では図９（ａ）および図１１（ａ）の
マスクを用いる。この場合のウエハ（感光基板）上での
露光量比は（２光束干渉露光）：（粗周期パターン露
光）：（通常露光）＝１：１：１である。

【００４９】以上説明した２光束干渉露光と粗周期パタ
ーン露光と通常露光の組み合わせによって実施例１とは
異なる周期で図１の微細回路パターンが形成される様子
について述べる。本実施例においては２光束干渉露光と
粗周期パターン露光との間および粗周期パターン露光と
通常露光との間には現像過程はない。従って各露光の露
光パターンが重なる領域での露光量は加算され、加算後
の露光量（分布）により新たな露光パターンを生じるこ
とになる。

【００５０】本実施例では図８〜１３を用いて１次元方
向のみの２光束干渉露光と前記露光とは９０度方向の異
なる１次元方向の部分的な粗周期パターン露光と通常露
光との組み合わせの一例を示す。図８（ｂ）、図９
（ｂ）、図１０（ｂ）、図１１（ｂ）における数値は露
光量を表したもので、縦横０．１μｍピッチの分解能で
マップ化したものである。

【００５１】図８は１次元方向のみの２光束干渉露光に
よる周期的な露光パターンを示す。この露光パターンの
周期は０．２μｍであり、この露光パターンは線幅０．
１μｍＬ＆Ｓパターンに相当する。前述した２光束干渉
露光を行なった後に粗周期パターン露光によって図９が
示すパターンの露光を行なう。図９は図８とは９０゜方
向の異なる１次元方向のみの部分的な周期パターンであ
る。この露光パターンの周期は０．７μｍであり、線幅
０．２μｍ、スペース０．５μｍのパターンに相当す
る。

【００５２】前記２回の露光の結果、図１０（ｂ）に示
されている部分的に市松となる多値的な露光量分布が形
成される。前述した２回の露光により形成されている部
分的に市松となる多値的な露光領分布を持つ感光基板上
に図１１が示すパターンの露光を行なう。図１２は図１
０の露光パターンと図１１の露光パターンの露光量の加
算した結果生じる露光量分布（露光パターン）を示して
いる。

【００５３】図１３（ｂ）はこの露光パターンに対して
現像を行なった結果のパターンを白抜きで示したもので
ある。本実施例ではウエハのレジストは露光しきい値が
１より大きく２未満であるものを用いており、そのため
現像によって露光量が１より大きい部分のみがパターン
として現れている。図１３（ｂ）に白抜きで示したパタ
ーンの形状と寸法は図１に示したゲートパターンの形状
と寸法が一致している。この場合のウエハ（感光基板）
上での露光量比は（２光束干渉露光）：（粗周期パター
ン露光）：（通常露光）＝１：１：１である。

【００５４】半導体デバイス製造の実施例次に上記で説明した露光方法を用いた半導体装置の製造
方法を図１４〜１８を用いて以下に説明する。

【００５５】図１４はシリコン活性領域を作成する工程
を示したものである。図１４（ａ）に示したマスクパタ
ーンを例えば露光波長２４８ｎｍの投影露光装置を用い
て露光し、シリコン活性領域に相当する部分を残したフ
ォトレジストパターンを形成する。そのパターンの外側
に選択酸化法を用いてシリコン酸化膜領域を形成し、こ
れを素子分離領域とすることでシリコン活性領域を作成
する。図１４（ｂ）は素子分離領域形成後の平面図であ
り、図１４（ｃ）は図１４（ｂ）のＢ−Ｂ’断面図であ
る。

【００５６】図１４における１は作成されたシリコン活
性領域、２は電気的絶縁層からなる素子分離領域であ
る。

【００５７】図１５および図１６は上記で述べた露光方
法を用いたゲート領域作成工程を示す。図１５（ａ）、
（ｂ）、（ｃ）を用いて、露光方式の原理を示す。図１
５（ａ）は線幅がＬ、間隔Ｌのレベンソンパターン、図
１５（ｂ）、（ｃ）はラフパターンである。（ａ）のレ
ベンソンパターンは上述の２光束干渉露光、（ｂ）のラ
フパターンは粗周期パターン露光、（ｃ）のラフパター
ンは通常露光にそれぞれ相当し、図１４で形成したシリ
コン活性領域に対して、図１５（ａ）で示すような相対
位置でそれぞれのパターンを重ねて露光する。

【００５８】その際、各パターンが焼き付けられるフォ
トレジストの露光しきい値Ｅ_thと各パターンおよびパタ
ーン領域による露光量とを適切に設定することにより、
図１６（ａ）のパターンで示される最小線幅がＬのゲー
トに対応するフォトレジストパターンを形成することが
できる。

【００５９】この時のウエハ（感光基板）上での露光量
比は（２光束干渉露光）：（粗周期パターン露光）：
（通常露光）＝１：１：１である。

【００６０】図１４（ｂ）、（ｃ）に示すシリコン活性
領域の上にシリコンの熱酸化によりゲート絶縁膜を形成
し、その後例えばＣＶＤ法などにより、ポリシリコン層
を形成する。このポリシリコン層上に前述の三重露光方
式を用いて作成したフォトレジストパターンに応じてエ
ッチングすることで最小線幅Ｌのゲートパターンを形成
することができる。図１６（ａ）はその平面図であり、
図１６（ｂ）は図１６（ａ）のＢ−Ｂ’断面図である。
図１６において３はポリシリコン等からなるゲート領
域、４はゲート絶縁膜、５はゲート領域３形成後にイオ
ン注入法により不純物注入を行なって形成されたＭＯＳ
トランジスタのソース、ドレイン領域である。

【００６１】図１７はコンタクト領域を作成する工程を
示したものである。図１６に示したポリシリコンゲート
３の上にＣＶＤ法等によりシリコン酸化膜などからなる
層間絶縁膜を堆積した後に、図１７（ａ）に示したマス
クパターンを露光し、コンタクト領域に相当する部分を
除去したフォトレジストパターンを形成する。その後、
このフォトレジストパターンに応じて層間絶縁膜をエッ
チングして、コンタクトホール６を形成することができ
る。図１７（ｂ）はその平面図であり、図１７（ｃ）は
そのＢ−Ｂ’断面図である。図１７において、６はコン
タクトホール、７は層間絶縁膜である。

【００６２】図１８は配線領域を形成する工程を示した
ものである。前述の図１７に示したコンタクトホール６
および層間絶縁膜７の上にスパッタ法等によりアルミニ
ウムなどの金属膜を形成した後に、図１８（ａ）に示し
たマスクパターンを露光し、配線領域に相当する部分を
残したフォトレジストパターンを形成する。その後、こ
のフォトレジストパターンに応じて金属膜をエッチング
することによって、配線パターン８を形成することがで
きる。コンタクトホール６に形成された金属膜はシリコ
ン活性領域中のソース、ドレイン領域５と電気的に導通
し、ＭＯＳトランジスタの電極を形成する。図１８
（ｂ）は配線領域形成後の平面図、図１８（ｃ）はその
Ｂ−Ｂ’断面図である。同図において、８は金属配線膜
である。

【００６３】以上の半導体装置としての実施例はＭＯＳ
トランジスタの作成を例としたがこれに限るものではな
く、この露光方法を用いて他のＩＣ、ＬＳＩ等のチッ
プ、液晶パネル等の表示素子、磁気ヘッド等の検出素
子、ＣＣＤ等の撮像素子といった各種デバイスの製造が
可能である。

【００６４】

【発明の効果】以上のように、本発明によれば、２光束
干渉露光等による微細周期パターン露光と、前記微細周
期パターンと直交する粗周期パターンの露光と、粗パタ
ーンの露光とを融合して例えば０．１５μｍ以下の線幅
を有する複雑なパターンを形成することが可能となる。
しかも、微細周期パターン露光と前記微細周期パターン
と直交する粗周期パターン露光とを組み合わせて、市松
のあるいは部分的に市松の露光量分布を形成すること
で、上記で示した複雑なパターンを周期的にしかも様々
な周期で容易に作成することが可能となる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例に係るゲートパターンを示
す説明図である。

【図２】本発明の第１の実施例に係る微細周期パター
ンを示す説明図である。

【図３】上記第１の実施例に係る粗周期パターンを示
す説明図である。

【図４】図２のパターンと図３のパターンを重ね焼き
した状態を示す説明図である。

【図５】上記第１の実施例に係る粗パターンを示す説
明図である。

【図６】図４の重ね焼きパターンにさらに図５のパタ
ーンを重ね焼きした状態を示す説明図である。

【図７】図６のパターンの現像状態を説明する図であ
る。

【図８】本発明の第２の実施例に係る微細周期パター
ンを示す説明図である。

【図９】上記第２の実施例に係る粗周期パターンを示
す説明図である。

【図１０】図８のパターンと図９のパターンを重ね焼
きした状態を示す説明図である。

【図１１】上記第２の実施例に係る粗パターンを示す
説明図である。

【図１２】図１０の重ね焼きパターンにさらに図１１
のパターンを重ね焼きした状態を示す説明図である。

【図１３】図１２のパターンの現像状態を説明する図
である。

【図１４】シリコン活性領域を作成する工程を示す図
である。

【図１５】ゲートパターンを作成する工程を示す図で
ある。

【図１６】ゲート領域を作成する工程を示す図であ
る。

【図１７】コンタクト領域を作成する工程を示す図で
ある。

【図１８】配線領域を形成する工程を示す図である。

【図１９】本発明に係る二重露光処理の説明図であ
る。

【図２０】微細周期パターンを通常の条件で現像した
場合の現像状態説明図である。

【図２１】レジストの現像後の膜厚の露光量依存性を
示す図である。

【図２２】通常露光の露光および現像工程を示す説明
図である。

【図２３】二重露光における微細周期パターンの露光
状態説明図である。

【図２４】二重露光における微細周期パターンの現像
状態説明図である。

【図２５】二重露光により微細周期パターンの解像度
で現像できることを示す説明図である。

【図２６】二重露光により粗パターンが現像できるこ
との説明図である。

【図２７】二重露光により粗パターンが現像できるこ
との説明図である。

【図２８】従来の投影露光装置の概略構成図である。

【図２９】２光束干渉露光の原理説明図である。

【符号の説明】

１：シリコン活性領域、２：素子分離領域、３：ゲート
領域、４：ゲート絶縁膜、５：ソースまたはドレイン領
域、６：コンタクトホール、７：層間絶縁膜、８：金属
配線膜。

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】被露光基板に対して微細周期パターンを
露光する第１の露光、前記微細周期パターンと直交する
粗周期パターンを露光する第２の露光、および粗パター
ンを露光する第３の露光を行ない、該被露光基板上に多
値的な露光量分布を与え、この多値的な露光量の適切な
位置に露光しきい値を設定することにより、前記微細周
期パターンの線幅に相当する最小線幅を有する目標パタ
ーンを形成することを特徴とする露光方法。
【請求項２】前記粗周期パターンの線幅および間隔な
らびに前記粗パターンの最小線幅および最小間隔が前記
微細周期パターンの周期以上であることを特徴とする請
求項１記載の露光方法。
【請求項３】前記粗パターンは、最小線幅および最小
間隔が該微細周期パターンの周期のｎ／２（但し、ｎは
２以上の整数）倍であり、かつ前記粗周期パターンの周
期方向における配置ピッチが該粗周期パターンの周期の
整数倍であることを特徴とする請求項２記載の露光方
法。
【請求項４】前記第１の露光が、２光束干渉露光であ
ることを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の露
光方法。
【請求項５】請求項１〜４のいずれかに記載の露光方
法を用いて製造されたことを特徴とするデバイス。
【請求項６】請求項１〜４のいずれかに記載の露光方
法を用いることを特徴とするデバイス製造方法。