JP2008311502A - パターン形成方法 - Google Patents

Abstract

【課題】パターンの制約を緩和する、チップ面積を減少させる、或いは配線の信頼性を向上するパターン形成方法を提供すること。
【解決手段】パターン形成方法は、複数種類のパターンを形成するパターン形成方法であって、前記複数種類のパターンを、第１の照明形状の第１の照明で形成する第１のパターンと、前記第１の照明形状とは異なる第２の照明形状の第２の照明で形成する第２のパターンとに分類する工程(S101)と、前記第１の照明で前記第１のパターンを第１のレジスト層に露光する工程(S104)と、前記第２の照明で前記第２のパターンを前記第１のレジスト層とは別の第２のレジスト層に露光する工程(S110)とを含む。
【選択図】 図２

Description

本発明は半導体のパターンを形成するリソグラフィー技術に関し、特に感光性樹脂膜パターンを形成する際のパターン形成方法に関するものである。

エッチングマスクとしての感光性樹脂パターンは、レイヤーによっては、種々のパターンが含まれることがある。狭マージンリソグラフィーにおいては、すべてのパターンを十分な露光マージンをもって単一の照明で形成することが難しくなっている。このため形成可能なパターンのみを使用するように設計パターンに制約を与えることや、パターンを分割して二重露光することが行われている。

まず、形成可能なパターンのみを使用するように設計に制約を与える場合について説明する。照明条件を密パターン形成に有利になるように固定して、ラインとスペースの幅を変えたときの焦点深度（ＤＯＦ：Depth Of Focus）をみてみると、孤立ラインや孤立スペースになると、焦点深度（ＤＯＦ）が下がってしまう。デバイス作製の場合には、種々のデューティー比をもったパターンを同時に形成しなければならない。しかし、上述したように微細な孤立スペースの焦点深度が取れないため、微細孤立スペースは作らないよう設計段階で制限を設けることがなされている。

また、パターンを分割して二重露光するのは以下のような場合である。例えば、ＮＡＮＤのＭ１レイヤーにおいて、セル部は一種類の微細な周期Ｌ＆Ｓ（ラインアンドスペース）パターンが配置されているため、そのピッチに応じた二重極照明でＬ＆Ｓマスクを使用して露光する。しかし、さまざまなＬ＆Ｓパターンを含む周辺部は二重極照明では形成できず、二重極照明とは異なる輪帯照明で露光することになる。

このときのプロセスフローは、レジスト塗布、ソフトベーク後二重極照明でＬ＆Ｓパターンを作製する。次に輪帯照明により周辺回路部を露光する。さらに、ポストエクスポージャーベーク（ＰＥＢ）を行い、最後に現像してＭ１層のレジストパターンを得る。

しかし、２回に分けて露光したそれぞれのパターンを混在させることはできない。混在させてしまうと、レジスト中で光学像が足し合わされて所望の性能が得られないからである。そこで、パターンを形成する場所を分割させることになるが、場所を分割するだけでは、次のような問題がある。

即ち、各露光においてはドーズ量の数％のフレア（本来露光されない部分がバックグランドにより露光されてしまうこと）がのる。露光が１回であれば問題のないレベルではあるが、同じ場所を２回露光すると、フレアが２倍になる。フレアがのることで、コントラストが低下し、光学像が劣化してしまう。これは、狭マージンリソグラフィーにおいてはより顕著であり、大きな問題となる。

このように１層のレジストに２回露光する場合には、もう一方の露光の際のフレアがのったり、レジスト中で光学像が足しあわされたりするため、単一露光で得られる露光マージンが得られないことになる。

これらの問題を回避するために以下のような対策がなされている。

例えば、フレアの影響を避けようとする場合にはフレアを遮蔽するためにレチクルに遮光膜を設けることがなされている。上述した、セル部と周辺回路部の露光を分けて行う場合には、おのおののパターンを分離したレチクルを用いる。セル部のＬ＆Ｓパターンを露光する際に用いるレチクルの場合には、周辺回路部に対応する場所を遮光膜にする。また、周辺回路部を露光する際に用いるレチクルの場合には、セル部のＬ＆Ｓパターンに対応する場所に遮光膜を形成する。さらに、両者の境界部分では、光が回り込むため、レチクル上で２０μm〜４０μm幅（ウエハ上では５μm〜１０μm幅）のパターンがない領域を設ける。このため、チップ面積は増大してしまう。

またこの場合には、セル部と周辺回路部をＭ１層のなかではつなぐことができない。セル部から周辺回路部へ配線を引き出す際には、Ｍ１層のセル部と周辺回路部のそれぞれから、下層であるＭ０層にコンタクトを通じて配線を落とし、Ｍ０層の配線を介してセル部と周辺回路部をつなぐことがなされている。このため配線の抵抗値があがってしまったり、信頼性が低下したり、チップ面積が増加するという問題があった。

また、同様に２回の露光を行うＤＤＬ（double dipole lithography）においては、直交する配線に対応する部分をレチクル上では遮光膜で覆ってしまう（例えば、非特許文献１参照。）。ＤＤＬは、周期性を持つＬ＆Ｓパターンの縦方向の配線と横方向の配線を分けて、先に縦方向の配線だけ二重極照明で露光し、次に横方向の配線だけアパーチャーの位置が９０度ずれた二重極照明で露光して微細配線を形成する方法である。

この場合も、上で述べたように、２回の露光による光学像が足しあわされてしまう。従ってコントラストをあげるには、例えば、縦線を形成する場合には、縦線方向を露光する場合のみ光が達し、横線方向を露光する場合には光が到達しないようにする必要がある。さらに、横線方向を露光する場合には、縦線に対応する部分はレチクル上遮光膜で覆ってしまうのである。これを非特許文献１においてはシールディングと呼んでいる。

しかし遮光膜は元のパターンよりも大きいので、必ず、遮光膜を入れるだけの領域が存在しなくてはならない。このことはパターン制約、チップ面積の増大につながる。また、縦線と横線をつなぐ領域においては、遮光膜は元のパターンよりも大きいので、配線のつなぎ目は二重極照明でクリアに露光されたパターンでつながるわけではなく、遮光膜によって残したパターンでつなぐことになる。

さらに、縦方向のパターンと横方向のパターンの両者を重ね合わせるのも容易ではなく、パターンサイズにより変化してしまうつなぎ部分の精度を上げることはトライアンドエラーとなってしまうため非常な労力を要し、プロセスマージンも小さいので信頼性が低下してしまう。

以上述べたように、狭マージンリソグラフィーにおいて異なるパターンを同一層に形成する場合には、焦点深度が小さいパターンを形成しないようにするなど、設計パターンに制約を設けねばならないという問題があった。また、２重露光する場合においては、分離したパターンの境界領域を設けるためにチップ面積が大きくなってしまったり、わざわざ異なる層にコンタクトホールをおとして配線したりする必要が生じるという問題があった。さらには、ＤＤＬプロセスにおいては、縦と横のパターンをマージンのないパターンでつないだりすることになり、配線の信頼性が低下してしまうという問題があった。
S. D. Hsu et al."Diope Decomposition Mask-design for Full Chip Implementation",Proc. SPIE vol. 4691, 476 (2002)

本発明は、パターンの制約を緩和する、チップ面積を減少させる、或いは配線の信頼性を向上するパターン形成方法を提供する。

この発明の一つの態様に係るパターン形成方法は、複数種類のパターンを形成するパターン形成方法であって、前記複数種類のパターンを、第１の照明形状の第１の照明で形成する第１のパターンと、前記第１の照明形状とは異なる第２の照明形状の第２の照明で形成する第２のパターンとに分類する工程と、前記第１の照明で前記第１のパターンを第１のレジスト層に露光する工程と、前記第２の照明で前記第２のパターンを前記第１のレジスト層とは別の第２のレジスト層に露光する工程とを含む。

本発明によれば、パターンの制約を緩和する、チップ面積を減少させる、或いは配線の信頼性を向上するパターン形成方法を提供できる。

以下、図面を参照して本発明の実施形態について詳細に説明する。図面において、対応する部分には対応する符号を付し、同一又は類似の部分には同一又は類似の符号で示している。

(第１の実施形態)
本発明の第１の実施形態に関わるパターン形成方法を図１および図２を用いて説明する。

本実施形態においては、形成したいすべてのパターンを十分な露光マージンをもって単一の照明で形成することが難しい場合に、形成したいパターンを２つのグループに分類し、それぞれ別の照明形状の照明を用いて露光する。これにより、一方のグループに属するパターンを１層目のレジストに形成し、他方のグループに属するパターンを２層目のレジストに形成する。

Ｌ＆Ｓのさまざまなパターンに対する焦点深度（ＤＯＦ）を示す図１を用いて、すべてのパターンを十分な露光マージンをもって単一の照明で形成することが難しい場合について説明する。

図１は照明条件を輪帯遮蔽率１／２の輪帯照明に固定して、ラインとスペースの幅を変えたときの焦点深度を輪郭（contour）マップにしたものである。左上がライン幅とスペース幅が１:１のＬ＆Ｓパターンであり、右にいくほどスペース幅が広くなった場合を、下に行くほどライン幅が広くなった場合での焦点深度を示している。図１では焦点深度を３段階に分けて示してある。

デバイス作製の場合には、種々のデューティー比をもったパターンを同時に形成しなければならない。しかし、図１から分かるように孤立ラインや孤立スペースになると、焦点深度が下がってしまう。図１のような場合には、微細な孤立スペースの焦点深度が取れない。

従って、従来、設計パターンにさまざまなライン幅、スペース幅が混在している場合には、設計パターンに制約を設けて、作製困難なパターンを使わないで設計することがなされてきた。たとえば、図１の場合には、焦点深度がもっとも取れないＤＯＦが０．２〜０．４μｍの部分は使わないで設計するような制約を設ける。即ち、微細孤立スペースは作らないよう設計段階で制限を設けることがなされている。しかし、これでは所望のパターンが形成できないため、チップ面積が増大してしまうという問題があった。

そこで、本実施形態においては、図２に示すようなフローチャートに従って、レジストフローを実行する。

まず、形成したい複数のパターンを、輪帯照明により焦点深度（ＤＯＦ）が０．４μm以上取れるので、輪帯照明（第１の照明）で形成できる第１のパターンのグループと、輪帯照明では焦点深度（ＤＯＦ）が０．４μm未満となるので、小σの通常照明（第２の照明）で形成できる第２のパターンのグループとに分類する（ステップＳ１０１）。輪帯照明及び小σの通常照明のアパーチャーの形状を、それぞれ図３及び図４に示す。

このステップＳ１０１はレチクル形成の際に、1層目のレチクパターンと2層目のレチクルパターンを決定するステップである。このためレチクル形成の際に1回行えば良く、ウエハ上にパターン形成するたびに行う必要はない。

そして、第１のパターンを形成するための第１のレジスト層を塗布し（ステップＳ１０２）、次にこのレジストの溶剤を揮発させるためのソフトベークを実行する（ステップＳ１０３）。

次に、第１のパターンを、第１の照明である輪帯照明により第１のレジスト層に露光する（ステップＳ１０４）。さらに、ポストエクスポージャーベーク（ＰＥＢ）（ステップＳ１０５）、現像（ステップＳ１０６）を実行し第１のパターンを形成する。このとき第２のレジスト層でパターニングする領域は、第１のレジスト層のパターニング時にはレジストの抜き領域とする。

このあと、第２のパターンを形成するための第２のレジスト層を塗布する（ステップＳ１０８）ことになるが、第１のレジスト層に形成されたレジストパターンが第２のレジスト層のレジスト塗布時や現像時に溶解してしまう場合には、ステップＳ１０８の前にベークやＵＶ光、ＤＵＶ光、ＥＢによるキュアやイオン注入等により第１のレジスト層に形成されたレジストパターンの不溶化処理を行う（ステップＳ１０７）。

ステップＳ１０８の後に、第２のレジスト層に対してソフトベークを実行する（ステップＳ１０９）。

次に、第２のパターンを、第２の照明である小σの通常照明により第２のレジスト層に露光する（ステップＳ１１０）。さらに、ポストエクスポージャーベーク（ＰＥＢ）（ステップＳ１１１）、現像（ステップＳ１１２）を実行し第２のパターンを形成する。

以上説明したように、本実施形態のパターン形成方法により、所望するすべてのパターンを設計に制約を加えることなく形成することができるので、チップ面積の増大を抑えることが可能となる。

(第２の実施形態)
本発明の第２の実施形態に関わるパターン形成方法を図９乃至図１７を用いて説明する。

本実施形態においては、パターンを分割して異なる照明でパターンを露光し分ける場合に生じるパターンの制約や、異なる層での配線の必要性を、レジストを２層にしてそれぞれ最適条件で露光することにより解消する。

ここでは、パターンを分割して二重露光するケースとしてＮＡＮＤのＭ１レイヤーを例にとって説明する。ＮＡＮＤのＭ１レイヤーにおいては、セル部は一種類の微細な周期Ｌ＆Ｓパターンが配置されているため、Ｌ＆Ｓパターンのピッチに応じて二重極照明でＬ＆Ｓマスクを使用して露光する。

しかし、二重極照明は、決まったピッチの一方向の１:１Ｌ＆Ｓパターンの解像力を向上させはするが、これと垂直方向のＬ＆Ｓパターンやピッチの異なるパターンはむしろ解像しなくなってしまう。このためさまざまなＬ＆Ｓパターンを含む周辺部は二重極照明では形成できず、二重極照明とは異なる輪帯照明で露光することになる。

この場合に従来行われていたプロセスフローを図５のフローチャートで示す。

レジスト塗布（ステップＳ５０１）及びソフトベーク（ステップＳ５０２）の後に、まず、二重極照明でセル部のＬ＆Ｓパターンを作製する（ステップＳ５０３）。二重極照明のアパーチャーの形状を、図６に示す。

次に、輪帯照明により周辺回路部を露光する（ステップＳ５０４）。さらに、ポストエクスポージャーベーク（ＰＥＢ）を行い（ステップＳ５０５）、最後に現像して（ステップＳ５０６）Ｍ１層のレジストパターンを得る。

しかし、先に述べたように、２回に分けて露光したそれぞれのパターンを混在させることはできない。混在させてしまうと、レジスト中で光学像が足し合わされて所望の性能が得られないからである。そこで、パターンを形成する場所を分割させることになるが、場所を分割するだけでは、２回に分けた露光によってフレアが２回のるため、コントラストの低下、光学像の劣化が生じ、狭マージンリソグラフィーにおいては大きな問題となる。

これら問題を回避するため、例えば、フレアの影響を避けようとする場合にはフレアを遮蔽するためにレチクルに遮光膜を設けることがなされている。

上記のセル部と、周辺回路部のうちわけの場合には、図７（ａ）、（ｂ）に示すように、おのおののパターンを分離したレチクルを用意する。セル部のＬ＆Ｓパターンを露光する際に用いる図７（ａ）に示すレチクルの場合には、周辺回路部に対応する場所を遮光膜にする。また、周辺回路部を露光する際に用いる図７（ｂ）に示すレチクルの場合には、Ｌ＆Ｓパターンに対応する場所に遮光膜を形成する。また、両者の境界部分では、光が回り込むため、レチクル上で２０μm〜４０μm幅（ウエハ上では５μm〜１０μm幅）のパターンがない領域を設ける。このため、チップ面積は増大してしまう。

またこの場合には、セル部と周辺回路部をＭ１層の中ではつなぐことができない。図８はセル部８１から周辺回路部８２へ配線を引き出す際の設計パターンを示す。セル部８１から周辺回路部８２へ配線を引き出すために、Ｍ１層のセル部８１と周辺回路部８２のそれぞれから、下層であるＭ０層にコンタクトを通じて配線を落とし、Ｍ０層において配線８０を介してセル部８１と周辺回路部８２をつなぐことがなされている。このため配線の抵抗値があがってしまったり、信頼性が低下したり、チップ面積が増加するという問題があった。

以上述べたように、従来セル部と周辺回路部の露光を分けて行う場合には、図７に示すように領域を分割して、光の回り込みを避けるための領域を形成し、さらに、図８に示すように、両者をつなぐためにＭ０層までコンタクトホールを落として配線をつなぐということがなされている。

しかしながら、光の回り込みを避けるための領域や、コンタクトホールを落とすための領域を形成するためにチップ面積は増大してしまう。また、層間でパターンをつなぐため抵抗値が上がったり、信頼性が低下してしまうという問題があった。

そこで、以上の問題を解決するために、本実施形態においては、セル部と周辺回路部とを別のレジスト層で形成することで、セル部と周辺回路部を別の照明で打ち分けて露光することによってリソグラフィー性能を確保するとともに、引き出し線を同時に形成する。

図９は、本実施形態におけるセル部９１と周辺回路部９２をつなぐ引き出し部の設計パターンを示す。セル部９１はレジスト１層目で形成した後、その上からレジスト２層目で周辺回路部９２を形成するが、図９に示すように１層目のレジストパターンの一部を覆うように２層目のレジストパターンを重ねることで、両者を接続することができる。

図９において、セル部９１のラインアンドスペースパターンの周期長をｐとすると、ライン幅に相当するその半周期長ｐ／２よりも、周辺回路部９２のライン幅、及びその間のスペース幅は大きい。

図８と比較すると、コンタクトホールを形成する必要や、Ｍ０層でつなぎパターンを形成する必要がないので、チップ面積を小さくできることがわかる。また、層間をコンタクトホールでつなぐ必要もなくなるので、抵抗を下げたり、信頼性を向上させることができる。

本実施形態に関わるパターン形成方法のフローチャートを図１０に示す。セル部９１は二重極照明を用いて１層目のレジストで形成し（ステップＳ２０３）、周辺回路部９２のみ輪帯照明により２層目のレジストで形成した（ステップＳ２０９）。第１の実施形態と同様、１層目のレジストパターンの不溶化（ステップＳ２０６）は一層目のレジストパターンが二層目のレジスト塗布時に溶解してしまう場合に必要である。

なお、本実施形態においてはセル部９１を先に形成したが、周辺回路部９２を先に形成してもかまわない。

上記ではセル部を二重極照明で、周辺回路を輪帯照明で形成した。しかし照明はこれに限定されるものではなく、周辺回路にどのようなパターンが含まれているかによる。以下、どのように照明を決めていくかを説明する。

図１１は通常照明で、周期Ｌ＆Ｓパターンが投影レンズの瞳面で作る回折光の位置を示す。中央に０次回折光、その外側に１次回折光というように回折光ができる。回折光が複数投影レンズの瞳を通過すると、ウエハ上で干渉し、コントラストの高い、Ｌ＆Ｓの光学像が得られる。

回折光の間隔は、露光波長をλ、Ｌ＆Ｓパターンの周期をｐ、投影レンズの開口数をＮＡとし、投影レンズの瞳の半径を１とすると、λ/(ｐ＊ＮＡ)となる。ただし、図１１においては、回折光の間隔を固定して、それに対する投影レンズの瞳の相対的な大きさの変化を示している。

Ｌ＆Ｓパターンの周期ｐが大きいときや、ＮＡが大きいときには、図１１の点線で示した領域が投影レンズの瞳となり、０字回折光と１次回折光が投影レンズの瞳を通過し、ウエハ上で干渉して、コントラストの高い、Ｌ＆Ｓの光学像が得られる。しかしｐが小さくなったり、ＮＡが小さくなると、図１１の一点鎖線で示したように０次回折光しか投影レンズの瞳を通過しなくなる。これでは干渉が起きず、レジストが解像できる光学像は得られなくなってしまう。

これを解決するのが斜入射照明である。たとえば図１２のように照明の中心からλ/（２ｐ＊ＮＡ)の位置のみ開口している照明を用いる。すると、回折光の位置がずれ、図１３に示すように０次回折光と１次回折光の一方が投影レンズの瞳を通過し、ウエハ上で干渉して、コントラストの高い、Ｌ＆Ｓの光学像を得ることができる。実際には照明の対称性が必要なので、図１４のように照明の中心に対して対称な２つの位置に開口部を設ける。これが二重極照明である。

上記ではウエハ側から照明形状を述べたが、レチクル側から照明形状を述べると次のようになる。

斜入射照明において、開口部を透過した光はレチクルを斜めに照明する。ウエハ上での周期ｐのＬ＆Ｓパターンはレチクルの倍率をＭとすると、レチクル上ではｐ×Ｍとなる。例えば４倍体のレチクルでＭは４である。斜入射光のレチクルへの入射角がθ、露光波長がλとすると、ウエハ上で回折光を干渉させるためには、入射角θがsinθ＝λ／(2×ｐ×Ｍ)を満たす必要がある。図１３のように投影レンズの瞳面を回折光が通過するためには、アパーチャーを通過した斜入射光のレチクルへの入射面はレチクルのＬ＆Ｓパターンのライン方向と垂直でなければならない。また、対称性が必要なので、図１４のように対称な位置に開口部を設ける必要がある。これが二重極照明になる。

微細パターンでは二重極照明のアパーチャー径があまり大きくなると、バックグラウンドがあがってしまうため、解像できなくなってしまう。このため微細パターンは二重極照明を使用するのである。しかしパターン寸法が大きくなると、光学像のコントラストが高いので、バックグラウンドが上がっても解像するようになる。このため図１５（ａ）のように二重極照明のアパーチャー径を大きくすることができる。

また、異なる周期のＬ＆Ｓパターンが存在していても、回折光が入ればよいので、周期端は別にして、異なる周期のＬ＆Ｓパターンを解像させることもできる。さらにパターンが大きくなると、四重極照明（図１５（ｂ））や輪帯照明（図１５（ｃ））でも解像するようになる。この場合には、縦方向のラインの回折光のみならず、横方向のラインの回折光も投影レンズの瞳を通過するため、１回の露光で縦線も横線も解像する。

バックグラウンドが抑えられる点では四重極照明の方が解像性では優れているが、光量は低下する。また、斜め線が入っている場合には四重極照明では解像せず、輪体照明を使用しなければならない。

上記では周期性を持つパターンについて述べた。しかし孤立パターンについては結像に主として寄与するのが０次光であり、干渉効果は期待できない。これが孤立パターンは大きなパターンしかできない理由である。孤立パターンのみを形成する場合には０次光が到達し、バックグラウンドが上がらないように、図１６に示すような小σの通常照明が望ましい。

以上をまとめると、周期パターンからなるセル部ではパターン寸法が解像限界に近い場合には二重極照明を使用する。パターン寸法が解像限界に比べて大きければ、四重極照明、さらに大きければ輪帯照明も使用することができる。ただし、直行方向に加えて斜め方向のパターンが含まれている場合は四重極照明は使用できず、輪帯照明を使わなくてはならない。

周辺回路部はパターン寸法がセル部に比べて大きいので解像限界からは余裕がある。また、異なる周期のパターンが縦方向にも横方向にも存在する。周辺回路部に孤立パターンが含まれる場合には少なくとも照明の中心に開口がなくてはならない。このため通常照明が用いられることが多い。周辺回路部に孤立パターンが含まれない場合には照明の中心に開口を設ける必要がなく、輪帯照明や四重極照明を使用する。

このように照明はパターンの種類、パターン寸法により変わる。また、使用するレジストの性能、フレア等の露光条件にもよるため、適宜選択する必要がある。

ここでは通常使われる照明形状で、パターンと形状の関係を定性的に説明したが、より厳密におこなうのであれば、候補となる照明形状を使って、含まれるパターンの光学像計算を行い、マスク寸法の最適化も含めて、プロセスウィンドウを最大にする照明形状を選択することもできる。

さらに、照明形状を二重極照明や四重極照明というように照明形状を限定せず、含まれるパターンのプロセスウィンドウを最大にする照明形状をパターンに応じて求めたカスタマイズド（customized）照明を使用することもできる。

上記では、二重極照明や四重極照明のアパーチャーは円であるとして説明したが、回折光が入ればよいので、円に限定されるものではなく、図１７のように扇形であっても良い。また、回折光の入るアパーチャーを含む照明、例えば、二重極照明の中心が開口した照明を用いても良い。

さらに開口部を形成して照明形状を作るだけでなく、一般に知られている手法であるが、光の回折等を利用して輝度の強弱を形成して類似の照明形状を作っても良い（例えばA. Engelen et al. Proc. of SPIE vol. 5377, pp1323 (2004) “Implementation of Pattern Specific Illumination Pupil Optimization on Step & Scan Systems”）。この場合にはアパーチャーに対応する位置の光強度がその周辺に比べて強くなる。

上で説明したような照明選択方法はコンタクトホールパターンの場合にも当てはまる。Ｌ＆Ｓパターンとの違いは、Ｌ＆Ｓパターンは１次元パターンなので、回折光が１次元に並ぶが、コンタクトホールパターンの場合には２次元パターンなので、格子状に回折光が現れる。しかしそれ以外はＬ＆Ｓパターンと同じであり、照明の選択方法は上記に述べた方法を適用できる。

具体的には、例えば第１のレジスト層で形成するパターンは、図２２に示すような縦横共に周期長pのコンタクトホールパターンである。

これを露光する第１の照明は図１５（ｂ）に示すような四重極照明で、照明の半径を１、投影レンズの開口数をＮＡとしたとき、照明の中心から露光波長/（２ｐ＊ＮＡ)で示される位置に開口部が設けられている。図１５（ｂ）の二つの開口１５１を結んだ方向は、図２２のコンタクトホールパターンの縦に並んだ方向と垂直の関係にある。即ち、二つの開口１５１を通る露光光は、図２２のコンタクトホールパターンのエッジ２２１、２２２、２２３、２２４を解像する。残りのこれらに垂直なエッジは図１５（ｂ）の二つの開口１５２によって解像される。

そして、例えば、第２のレジスト層で形成するパターンは周期長が第１のレジスト層で形成されるコンタクトホールパターンの周期長ｐより大きい寸法を有するパターンであり、上とは異なる四重極照明で形成される。

また、上記に述べた照明選択方法は第１の実施形態のような場合にも適用可能である。

(第３の実施形態)
本発明の第３の実施形態に関わるパターン形成方法を図２０及び図２１を用いて説明する。

本実施形態においては、微細配線を形成する際に、レジストを２層重ねてニ重極照明により形成する方法について述べる。

従来は、レジストを１層塗布後、縦方向のラインと横方向のラインを二重極照明で形成するＤＤＬが提案されている。ＤＤＬのプロセスフローは、図１８のフローチャート及び図１９に示されるように、レジスト塗布（図１８のステップＳ１８０１）、ソフトベーク（ステップＳ１８０２）、横ライン露光（１回目の二重極照明）（ステップＳ１８０３、図１９（ａ））、縦ライン露光（２回目の二重極照明）（ステップＳ１８０４、図１９（ｂ））、ＰＥＢ（ステップＳ１８０５）、現像（ステップＳ１８０６）、の順になる。（図１９においてレチクルパターンは周期パターンの1周期分のみを示している。）
しかし、先にも述べたが、図１９に示されるように、もう一方の露光で露光される領域にはそのパターンよりも大きいシールディングパターン１９１、１９２を入れる必要があり、チップ面積を広げてしまうという問題があった。さらに縦横のラインをつなごうとすると、図１９に示したように光学像のコントラストが低くトリッキーなシールディング部分１９１でつなぐ必要があり、配線の信頼性が低下するという問題があった。

そこで、本実施形態においては、縦方向のラインと横方向のラインをおのおの異なるレジスト層で形成する。そのプロセスを図２０のフローチャート、及び図２１に示す。

一層目のレジスト塗布（図２０のステップＳ３０１）、ソフトベーク（ステップＳ３０２）の後、二重極照明により横方向のＬ＆Ｓパターンを露光する（ステップＳ３０３）。この場合には図２１（ａ）に示すような二重極照明を使用する。（図２１においてレチクルパターンは周期パターンの1周期分のみを示している。）
その後、ＰＥＢ（ステップＳ３０４）、現像（ステップＳ３０５）まで行い、一層目のレジストパターンを形成する。一層目のレジストパターンが二層目のレジスト塗布やパターニング時に溶解してしまう場合には、二層目のレジスト塗布の前に、第１、第２の実施形態と同様に、レジスト不溶化を行う（ステップＳ３０６）。

その後、二層目のレジストの塗布（ステップＳ３０７）、ソフトベーク（ステップＳ３０８）の後、図２１（ｂ）に示すように、一層目の露光に使用した照明とはアパーチャーの位置が９０度ずれた二重極照明を用いて、縦方向のＬ＆Ｓパターンを露光する（ステップＳ３０９）。その後、ＰＥＢ（ステップＳ３１０）、現像（ステップＳ３１１）が行なわれ、二層目のレジストパターンが形成される。

一般に、横方向のラインが周期長がｐ_１のＬ＆Ｓパターンである場合には、第２の実施形態で述べたように回折光が投影レンズの瞳を通過するようにしなければならない。従って、図２１（ａ）の二重極照明は、照明の半径を１、投影レンズの開口数をＮＡ_１としたとき、照明の中心に対して互いに反対で、且つそれぞれ照明の中心から横方向のＬ＆Ｓパターンのライン方向とは垂直な方向に露光波長/（２ｐ_１＊ＮＡ_１）だけ離れた２つの位置に開口部を設ける。或いは、光の回折等を利用してその２つの位置において光強度が周囲より高くなるような照明形状にする。

同様に、縦方向のＬ＆Ｓパターンの周期長がｐ_２である場合には、図２１（ｂ）の二重極照明は、照明の半径を１、投影レンズの開口数をＮＡ_２としたとき、照明の中心に対して互いに反対で、且つそれぞれ照明の中心から縦方向のＬ＆Ｓパターンのライン方向とは垂直な方向に露光波長/（２ｐ_１＊ＮＡ_２）だけ離れた２つの位置に、開口部が設けられている。或いは、光の回折等を利用してその２つの位置において光強度が周囲より高くなるような照明形状にする。

この方法では、一層目と二層目のレジストパターンを別々に形成するため、フレアやレジスト中での光学像の足し合わせがなくなり、リソグラフィー性能を引き出すことができる。さらに、従来のように遮光膜により形成されたコントラストの低い光学像を元に、縦方向のラインと横方向のラインを繋げるのではなく、高コントラストの光学像を元に縦方向のラインと横方向のラインを重ねて繋ぐことができるので、配線の信頼性も向上する。

さらに、それぞれの周期長がｐ_i（ｉ=1,2,3…）からなる互いに平行な複数の周期Ｌ＆Ｓパターンを解像する場合には、上記同様に回折光が投影レンズの瞳を通過するようにしなければならない。すなわちＬ＆Ｓパターンの複数の周期長ｐ_i(i=１、２、３…）毎に、照明の半径を１、投影レンズの開口数をＮＡとしたとき、照明の中心に対して互いに反対で、且つそれぞれ照明の中心からＬ＆Ｓパターンのライン方向とは垂直な方向にλ/（２ｐ_i＊ＮＡ）だけ離れた２つの位置を全ての周期長ｐ_ｉに対して含むように開口している二重極照明のアパーチャーを用いる。或いは、光の回折等を利用して該開口部において光強度が周囲より高くなるような照明形状を使用する。

これは横方向のラインも縦方向のラインもいずれも同様であるので、横方向に互いに平行な複数の周期Ｌ＆Ｓパターンがあり、縦方向にもそれらと垂直で互いに平行な複数の周期Ｌ＆Ｓパターンがある場合は、上記のような照明を横方向と縦方向のＬ＆Ｓパターンに対応して２種類用意して、２つのレジスト層において使い分ける。

以上、説明したように本実施形態においては、複数種類のパターンを形成する際、第１の照明形状の照明で形成できるパターンと、第１の照明形状とは異なる第２の照明形状の照明で形成できるパターンに分け、第１の照明形状で形成できるパターンを第１のレジスト層で形成し、第２の照明形状で形成できるパターンを第１のレジスト層とは別の第２のレジスト層で形成する。

これにより各レジスト層で各々最適条件で露光、現像を行うことが可能となり、最大のコントラストを得るようにパターニングすることができるので、広い露光マージンが得られる。即ち、最大のリソグラフィー性能を引き出すことができ、広いプロセスマージンが得られる。

さらに二つのレジスト層を重ねることができるため、パターン制約がなくなり、チップ面積を小さくすることができる。また、トリッキーなパターンを用いる必要がなくなるため、配線の信頼性も向上する。

なお、本願発明は上記実施形態に限定されるものではなく、実施段階ではその要旨を逸脱しない範囲で種々に変形することが可能である。また、上記実施形態には種々の段階の発明が含まれており、開示される複数の構成要件における適宜な組み合わせにより種々の発明が抽出されうる。例えば、実施形態に示される全構成要件からいくつかの構成要件が削除されても、発明が解決しようとする課題の欄で述べた課題が解決でき、発明の効果の欄で述べられている効果が得られる場合には、この構成要件が削除された構成が発明として抽出されうる。更に、異なる実施形態にわたる構成要素を適宜組み合わせてもよい。

異なるデューティー比のＬ＆Ｓパターンを輪帯照明で形成する際に、得られる焦点深度（ＤＯＦ）を示す図。 本発明の第１の実施形態に関わるパターン形成方法を示すフローチャート。 輪帯照明のアパーチャーの形状を示す図。 小σの通常照明のアパーチャーの形状を示す図。 ＮＡＮＤのセル部及び周辺回路部を打ち分けて形成する従来行われていたプロセスフロー。 二重極照明のアパーチャーの形状を示す図。 従来セル部と周辺回路部を打ち分ける際に使用していたレチクルであり、（ａ）はセル部を露光する際に使用するレチクル、（ｂ）は周辺回路部を露光する際に使用するレチクル。 セル部から周辺回路部へ配線を引き出す際の設計パターンを示す図。 本発明の第２の実施形態におけるセル部と周辺回路部をつなぐ引き出し部の設計パターンを示す図。 本発明の第２の実施形態に関わるパターン形成方法を示すフローチャート。 通常照明における、周期Ｌ＆Ｓパターンの回折光の位置と投影レンズの瞳面の関係をパターン周期長ｐ及びＮＡを変えて示した図。 斜入射照明を説明する図。 斜入射照明の際に、回折光が投影レンズに入る様子を説明する図。 二重極照明の説明する図。 Ｌ＆Ｓパターンの寸法が大きくなった際に使用できる照明のバリエーションを説明する図。 孤立パターンを形成する際に使用する小σの通常照明を説明する図。 四重極照明の変形例を示す図。 ＤＤＬ（従来例）のプロセスフローを示すフローチャート。 ＤＤＬ（従来例）において縦横ラインを打ち分けてつなげる場合に使用するレチクルと照明を示す図。 本発明の第３の実施形態に関わるパターン形成方法を示すフローチャート。 第３の実施形態で使用するレチクルパターン、照明およびウエハ上に形成されるパターンを示す図。 縦横共に周期長pのコンタクトホールパターンを示す図。

符号の説明

Ｓ１０１〜Ｓ１１２、Ｓ２０１〜Ｓ２１１、Ｓ３０１〜Ｓ３１１、Ｓ５０１〜Ｓ５０６、Ｓ１８０１〜Ｓ１８０６…ステップ、
８０…配線、８１、９１…セル部、８２、９２…周辺回路部、１５１、１５２…開口、
１９１、１９２…シールディングパターン、２２１、２２２、２２３、２２４…エッジ。

Claims (5)

1. 複数種類のパターンを形成するパターン形成方法であって、
   前記複数種類のパターンを、第１の照明形状の第１の照明で形成する第１のパターンと、前記第１の照明形状とは異なる第２の照明形状の第２の照明で形成する第２のパターンとに分類する工程と、
   前記第１の照明で前記第１のパターンを第１のレジスト層に露光する工程と、
   前記第２の照明で前記第２のパターンを前記第１のレジスト層とは別の第２のレジスト層に露光する工程と
   を含むことを特徴とするパターン形成方法。
2. 前記第１のパターンは周期長がｐのラインアンドスペースパターンであり、
   前記第１の照明は二重極照明で、照明の半径を１、投影レンズの開口数をＮＡとしたとき、露光波長/（２ｐ＊ＮＡ)だけ離れた２つの位置を含むように、開口部或いは光強度が周囲より高い領域が設けられており、前記２つの位置を結ぶ線が前記第１のパターンのライン方向と直交している、
   前記第２のパターンはライン幅、スペース幅ともにｐ／２より大きい寸法を有するパターンである
   ことを特徴とする請求項１記載のパターン形成方法。
3. 前記第１のパターンは同一パターンが並んだ周期パターンであり、
   前記第２のパターンは複数種類のパターンを含んだ周辺回路パターンである
   ことを特徴とする請求項１記載のパターン形成方法。
4. 前記第１のパターンは、周期長がｐ_１のラインアンドスペースパターンであり、
   前記第１の照明は二重極照明で、照明の半径を１、投影レンズの開口数をＮＡ_１としたとき、露光波長/（２ｐ_１＊ＮＡ_１）だけ離れた２つの位置を含むように、開口部或いは光強度が周囲より高い領域が設けられており、前記２つの位置を結ぶ線が前記第１のパターンのライン方向と直交している、
   前記第２のパターンは、前記第１のパターンのラインアンドスペースパターンと直交する周期長がｐ_２のラインアンドスペースパターンであり、
   前記第２の照明は二重極照明で、照明の半径を１、投影レンズの開口数をＮＡ_２としたとき、露光波長/（２ｐ_２＊ＮＡ_２）だけ離れた２つの位置を含むように、開口部或いは光強度が周囲より高い領域が設けられており、前記２つの位置を結ぶ線が前記第２のパターンのライン方向と直交している
   ことを特徴とする請求項１記載のパターン形成方法。
5. 前記第１のパターンは、それぞれの周期長がｐ_ｉ（ｉ=1,2,3…）の互いに平行な複数のラインアンドスペースパターンであり、
   前記第１の照明は二重極照明で、照明の半径を１、投影レンズの開口数をＮＡ_１としたとき、露光波長/（２ｐ_ｉ＊ＮＡ_１）だけ離れた２つの位置を全ての周期長ｐ_ｉに対して含むように、開口部或いは光強度が周囲より高い領域が設けられており、前記２つの位置を結ぶ線が前記第１のパターンのライン方向と直交している、
   前記第２のパターンは、前記第１のパターンのラインアンドスペースパターンと直交し、且つそれぞれの周期長がｑ_ｉ（ｉ=1,2,3…）の互いに平行な複数のラインアンドスペースパターンであり、
   前記第２の照明は二重極照明で、照明の半径を１、投影レンズの開口数をＮＡ_２としたとき、露光波長/（２ｑ_ｉ＊ＮＡ_２）だけ離れた２つの位置を全ての周期長ｑ_ｉに対して含むように、開口部或いは光強度が周囲より高い領域が設けられており、前記２つの位置を結ぶ線が前記第２のパターンのライン方向と直交している
   ことを特徴とする請求項１記載のパターン形成方法。

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