JP2965655B2 - パターン形成方法 - Google Patents

パターン形成方法

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JP2965655B2 JP27116290A JP27116290A JP2965655B2 JP 2965655 B2 JP2965655 B2 JP 2965655B2 JP 27116290 A JP27116290 A JP 27116290A JP 27116290 A JP27116290 A JP 27116290A JP 2965655 B2 JP2965655 B2 JP 2965655B2
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  • Preparing Plates And Mask In Photomechanical Process (AREA)
  • Photosensitive Polymer And Photoresist Processing (AREA)
  • Exposure And Positioning Against Photoresist Photosensitive Materials (AREA)
  • Exposure Of Semiconductors, Excluding Electron Or Ion Beam Exposure (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 この発明は、ハーフミクロン以下の微細パターンを有
する半導体装置等の製造における位相シフト法を用いた
パターン形成方法に関するものである。
〔従来の技術〕
縮小投影露光法における解像限界を向上させる方法と
して、位相シフト法がIEEE TRANSACTIONS ON ELECTRON
DEVICES,VOL,ED−29,NO.12,DECEMBER1982に提案されて
いる。それによると、位相シフト法の解像限界は通常の
透過マスクによる露光法に比べて約2倍程度向上する。
第4図(a)は位相シフト法による位相シフトマスク
の平面図を示し、同図(b)は位相シフトマスクを透過
した光の光強度分布図を示し、同図(c)は位相シフト
マスクを通した露光によって形成されるレジストパター
ンの断面図を示す。第4図において、61は位相シフタが
なく入射した光をそのままの位相で透過させる例えば石
英ガラス基板のみの光透過部、62は石英ガラス基板の上
にクロム膜等を形成した遮光部、63は石英ガラス基板の
上に位相シフタを設けて入射した光を位相を180゜変化
させて透過させる位相反転光透過部である。64は半導体
基板等の下地基板、65はレジストパターンが形成された
ポジレジストである。
以上のように構成された位相シフト法においては、第
4図のように透過光の位相が180゜が異なる光透過部61
と位相反転光透過部63とが遮光部62を介して隣接する位
相シフトマスクを使用することによって、光透過部61お
よび位相反転光透過部63と遮光部62とのコントラストを
向上させることができる。
〔発明が解決しようとする課題〕
しかしながら、前記の位相シフト法は、透過光のコン
トラストを相互に高める隣接したパターンが必要で、例
えば孤立パターンが1つだけでは位相シフト法は使えな
い。この問題を解決するために位相シフタを設けた補助
パターンを、所望のパターン周辺に設けた補助型位相シ
フト法が提案された。
第5図(a)は補助型位相シフト法の位相シフトマス
クの平面図を示し、同図(b)は位相シフトマスクを透
過した光の光強度分布図を示し、同図(c)は位相シフ
トマスクを通した露光によって形成されるレジストパタ
ーンの断面図を示す。第5図において、71は位相シフタ
がなく入射した光をそのままの位相で透過させる例えば
石英ガラス基板のみの光透過部、72は石英ガラス基板の
上にクロム膜等を形成した遮光部、72′は同じく石英ガ
ラス基板の上にクロム膜等を形成した細幅の遮光部、73
は石英ガラス基板の上に位相シフタを設けて入射した光
を位相を180゜変化させて透過させる細幅の位相反転光
透過部である。74は半導体基板等の下地基板、75はレジ
ストパターンが形成されたポジレジストである。この場
合、位相反転光透過部73からなる補助パターンは、それ
自体がパターニングされては困るため、解像度以下の微
細パターンに限られる。そのため、所望のパターンを透
過した透過光の周辺部のすその光をカットするだけの効
果となり、解像度の向上効果はあまり得られない。
したがって、この発明の目的は、孤立パターン等の隣
接するパターンがない場合においても、位相シフト法を
用いて高解像度のパターン形成を行うことができるパタ
ーン形成方法を提供することである。
〔課題を解決するための手段〕
この発明のパターン形成方法は、位相シフトマスクと
通常の透過マスクとを用いて、2層のレジストに各々パ
ターニングを行うことによって微細な孤立パターン形成
を可能とするものである。
すなわち、この発明のパターン形成方法は、半導体等
の基板に第1のレジストを塗布する工程と、 通常の透過マスクを用いて前記第1のレジスト上に第
1の露光を行い、特定の開口領域を有する第1のレジス
トパターンを形成する工程と、 ついで前記第1のレジストパターンを硬化させる工程
と、 ついで前記第1のレジストパターンが形成された前記
基板の上に第2のレジストを塗布して前記第1のレジス
トパターンの特定の開口領域を埋める工程と、 位相シフトマスクを用いて前記第2のレジスト上に第
2の露光を行い、微細な第2のレジストパターンを、前
記第1のレジストパターンの特定の開口領域内に前記第
2のレジストパターンの所望の微細開口領域を重ね合わ
せるとともに前記第1のレジストパターンの特定の開口
領域外に前記第2のレジストパターンの不要な微細開口
領域を重ね合わせた状態となるように、形成する工程と
を含む。
〔作用〕
位相シフト法は、隣接するパターンによって光コント
ラストと光強度とを向上させる。よって、孤立パターン
等の隣接するパターンの場合は位相シフト法は使えな
い。そこで、隣接するパターンを備えた位相シフトマス
クと不要なパターンを消すための透過マスクとの2種類
のマスクを用いて、2層のレジストに各々パターン形成
し、それらを重ね合わせることによって任意のパターン
形成を可能とするのである。位相シフトマスクによるレ
ジストパターンの形成と通常の透過マスクによるレジス
トパターンの形成は、通常の透過マスクによる方を先に
行い、位相シフトマスクによるレジストパターンの形成
前に通常の透過マスクによる方を硬化させておき、2層
のレジストがミキシングしないようにする。このとき、
透過マスクのパターンは、後で位相シフトマスクによっ
て形成される所望の微細パターンを囲むようにリサイズ
すればよい。リサイズ量は0.1〜0.3程度が好ましく、そ
のため解像度はあまり要求されない。
上記のように、通常の透過マスクによる第1のレジス
トパターンを先に形成し、その後で位相シフトマスクに
よる第2のレジストパターンを形成すると、通常の透過
マスクにより既に形成された特定の開口領域の内側に、
位相シフトマスクにより微細開口領域を形成することが
でき、微細なパターンを形成することができる。しか
も、位相シフトマスクによる第2のレジストパターンの
うち不要な微細開口領域では、基板が第1のレジストパ
ターンで覆われているので、不要な微細開口領域の部分
では基板がエッチングされることもない。
また、通常の透過マスクによる第1のレジストパター
ンは開口幅が比較的広いので、この後位相シフトマスク
による第2のレジストパターンを形成するためのレジス
トを塗布する際に、第2のレジストが開口領域の内部に
速やかに入っていくことになり、位相シフトマスクによ
るレジストパターンを形成するためのレジストの塗布を
容易に行うことができる。
さらに、通常の透過マスクによる第1のレジストパタ
ーンは開口幅が比較的広いので、この後位相シフトマス
クによる第2のレジストパターンを形成するために第2
のレジストを塗布すると、開口領域内の第2のレジスト
の高さが低く抑えられることになり、露光時の段差が小
さくなり、微細なパターンを形成する場合にパターニン
グを良好に行うことができる。
〔実 施 例〕
以下、この発明の実施例を図面を参照しながら説明す
る。
実施例1 第1図はこの発明の第1の実施例のパターン形成方法
において使用するマスク装置の平面図であり、同図
(a)は位相シフトマスクであり、同図(b)は通常の
透過マスクである。第1図において、11は位相シフトマ
スクにおいて位相シフタがなく入射した光をそのままの
位相で透過させる例えば石英ガラス基板のみの光透過
部、12は位相シフトマスクにおいて石英ガラス基板の上
にクロム膜等を形成した遮光部、13は位相シフトマスク
において石英ガラス基板上に位相シフタが設けられて入
射した光を位相を180゜変化させて透過させる位相反転
光透過部である。14は通常の透過マスクにおいて石英ガ
ラス基板のみの光透過部、15は通常の透過マスクにおい
て石英ガラス基板の上にクロム膜等を形成した遮光部で
ある。
この実施例は、微細な孤立の抜きラインパターンを得
るためのものであり、プロセスフローの断面図を第2図
(a)〜(c)に示す。第2図において、21は露光用
光、22A,22Bはクロム膜等で構成される遮光部、23は透
過光の位相を180゜変化させる位相シフタ、24は半導体
基板等の下地基板、25A,25A′はそれぞれ第1および第
2のポジ型レジストである。なお、第2図では石英ガラ
ス基板の図示は省略している。
まず、第2図(a)に示すように、下地基板24に第1
のポジ型レジスト25Aを塗布し、第1図(b)に示した
通常の透過マスクを用いて露光を行い、レジストパター
ンを形成する。
ついで、第2図(b)に示すように、その上さらに第
2のポジ型レジスト25A′を塗布する。このとき、第1
のレジストパターンを形成した第1のポジ型レジスト25
Aを遠紫外線照射によって予め硬化させる。この処理に
よって第2のポジ型レジスト25A′を第1のポジ型レジ
スト25A上にミキシングすることなく塗布することがで
きる。
ついで、第2図(c)に示すように、第1図(a)に
示したような遮光部の両側の透過光の位相が180゜異な
る位相シフトマスクを用いて第2のポジ型レジスト25
A′に露光を行い、通常の透過マスクでは解像困難な微
細な第2のレジストパターンを形成する。このとき、第
2の露光によって微細な抜きラインパターンX1,X2が形
成されるが、抜きラインパターンX2の下には第1のポジ
型レジスト25Aがあるため、抜きラインパターンX1だけ
が形成されたことになる。
このようにして通常の透過マスクのみではパターン形
成不可能な微細な孤立抜きラインパターンを作成でき
た。
実施例2 第3図はこの発明の第2の実施例を示したものであ
り、透過マスクと位相シフトマスクの平面図を重ねたも
のであり、実線は位相シフトマスクを示し、破線は通常
の透過マスクを示している。この実施例は、微細なコン
タクト列を形成するためのパターンの例を示したであ
り、そのプロセスは第1の実施例と同様である。第3図
において、51は位相シフトマスクにおいて位相シフタが
なく入射した光をそのままの位相で透過させる石英ガラ
ス基板のみの光透過部、52は位相シフトマスクにおいて
石英ガラス基板の上にクロム膜等を形成した遮光部、53
は位相シフトマスクにおいて石英ガラス基板の上に位相
シフタが設けられて入射した光を位相を180゜変化させ
て透過させる位相反転光透過部である。54は通常の透過
マスクにおいて石英ガラス基板のみの光透過部、55は通
常の透過マスクにおいて石英ガラス基板の上にクロム膜
等を形成した遮光部である。
〔発明の効果〕
この発明のパターン形成方法によれば、通常の透過マ
スクと共用するという構成をとることにより、孤立パタ
ーンにおいても位相シフトマスクを用いてパターン形成
を行うことができ、したがって解像度を大幅に向上させ
ることができ、露光用光源に従来のg線,i線を用いた場
合には0.3〜0.4μmルールのパターニングが可能とな
る。また、KrFエキシマレーザー(248nm)を用いた場合
には0.2μmルールのパターニングが可能となり、フォ
トリソグラフィの限界をより延ばすことができる。
また、通常の透過マスクによる第1のレジストパター
ンを先に形成し、その後で位相シフトマスクによる第2
のレジストパターンを形成するので、通常の透過マスク
により既に形成された第1のレジストパターンによる特
定の開口領域の内側に、位相シフトマスクによって第2
のレジストパターンによる微細開口領域を形成すること
ができ、微細なパターンを形成することができる。しか
も、位相シフトマスクによる第2のレジストパターンの
うち不要な微細開口領域では、基板が第1のレジストパ
ターンで覆われているので、不要な微細開口領域の部分
では基板がエッチングされることもない。
また、通常の透過マスクによる第1のレジストパター
ンは開口幅が比較的広いので、この後位相シフトマスク
による第2のレジストパターンを形成するための第2の
レジストを塗布する際に、第2のレジストが開口領域の
内部に速やかに入っていくことになり、位相シフトマス
クによる第2のレジストパターンを形成するための第2
のレジストの塗布を容易に行うことができる。
さらに、通常の透過マスクによる第1のレジストパタ
ーンは開口幅が比較的広いので、この後位相シフトマス
クによる第2のレジストパターンを形成するための第2
のレジストを塗布すると、開口領域内の第2のレジスト
の高さが低く抑えられることになり、露光時の段差が小
さくなり、微細なパターンを形成する場合にパターニン
グを良好に行うことができる。
【図面の簡単な説明】
第1図(a),(b)はそれぞれこの発明の第1の実施
例のパターン形成方法に用いる位相シフトマスクおよび
透過マスクの平面図、第2図は第1の実施例のプロセス
フローの断面図、第3図はこの発明の第2の実施例のパ
ターン形成方法に用いる位相シフトマスクおよび透過マ
スクを重ね合わせた状態の平面図、第4図(a)は従来
の位相シフト法による位相シフトマスクの平面図、同図
(b)は位相シフトマスクを透過した光の光強度分布
図、同図(c)は位相シフトマスクを通した露光によっ
て形成されるレジストパターンの断面図、第5図(a)
は補助型位相シフト法の位相シフトマスクの平面図、同
図(b)は位相シフトマスクを透過した光の光強度分布
図、同図(c)は位相シフトマスクを通した露光によっ
て形成されるレジストパターンの断面図である。 11,14,51,54……光透過部、21……露光用光、12,15,22
A,22B,52,55……遮光部、13,53……位相反転光透過部、
23……位相シフタ、24……下地基板、25A,25A′……ポ
ジ型レジスト
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.6,DB名) H01L 21/027

Claims (1)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】半導体等の基板に第1のレジストを塗布す
    る工程と、 通常の透過マスクを用いて前記第1のレジスト上に第1
    の露光を行い、特定の開口領域を有する第1のレジスト
    パターンを形成する工程と、 ついで前記第1のレジストパターンを硬化させる工程
    と、 ついで前記第1のレジストパターンが形成された前記基
    板の上に第2のレジストを塗布して前記第1のレジスト
    パターンの特定の開口領域を埋める工程と、 位相シフトマスクを用いて前記第2のレジスト上に第2
    の露光を行い、微細な第2のレジストパターンを、前記
    第1のレジストパターンの特定の開口領域内に前記第2
    のレジストパターンの所望の微細開口領域を重ね合わせ
    るとともに前記第1のレジストパターンの特定の開口領
    域外に前記第2のレジストパターンの不要な微細開口領
    域を重ね合わせた状態となるように、形成する工程とを
    含むパターン形成方法。
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