JP2996580B2 - 小さなマスク開口部を製造するためのリソグラフィー方法およびその製造物 - Google Patents

小さなマスク開口部を製造するためのリソグラフィー方法およびその製造物

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    • G03PHOTOGRAPHY; CINEMATOGRAPHY; ANALOGOUS TECHNIQUES USING WAVES OTHER THAN OPTICAL WAVES; ELECTROGRAPHY; HOLOGRAPHY
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    • G03F1/00Originals for photomechanical production of textured or patterned surfaces, e.g., masks, photo-masks, reticles; Mask blanks or pellicles therefor; Containers specially adapted therefor; Preparation thereof
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  • Photosensitive Polymer And Photoresist Processing (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、リソグラフィーの像の
形成およびその製造物に関する。更に詳しくは、パター
ンを規定するためのレジスト層であって、サブミクロン
のサイズのアパチャーを有することとなるレジスト層
を、半導体または他の基板上に形成するために用いられ
るリソグラフィー方法に関する。
【0002】
【従来の技術】絶えず大きさが縮小しつつある微細な形
状を有するデバイスを経済的に大量生産することは、半
導体および他の技術分野において長年の目標であった。
【0003】サブミクロン(1μm以下)の微細な形状
は、商業的な方法として、直接接触マスキング法によっ
て半導体または他の基板上に形成されることが多い。こ
の場合、マスキング層(例えばフォトレジスト層)は、
基板表面に直接に形成されることとなる。アパチャー
(窓)のパターンは、フォトリソグラフィー現像手段ま
たは他のパターン形成手段を用いるマスキング層を通し
て形成される。従って、マスキング層は、次に基板に適
用される予定のレジスト照射、ドーパント、エッチャン
ト、メタライゼーション材料および/または他の剤に対
して耐性を持つように硬化される。
【0004】次に、レジスト照射、ドーパント、エッチ
ャント、メタライゼーション材料および/または他の剤
が適用されると、それらは、硬化されたマスキング層の
アパチャー(窓)を選択的に通過し、それによって、下
部の基板表面の露出部に選択的に接触し、および/また
は露出部を部分的に変化させる。
【0005】上記技術は幅広く用いられ得る。半導体製
造技術分野では、所望のパターンのアパチャーを有する
マスキング層は、以下のことに有用であるが、しかしそ
れに限定されるものではない。すなわち、(1)(例え
ば、ドーパントをアパチャーに導入することにより)基
板の露出部におけるP型またはN型導電性領域を形成す
ること、(2)(例えば、酸化剤に晒すことにより)基
板の露出部における電気絶縁領域を形成すること、
(3)(例えば、エッチャントに晒すことにより)マス
キング層のアパチャーによって露出した基板材を選択的
にエッチングすること、(4)露出した基板領域への金
属コンタクトを形成すること、および(5)1つの露出
基板領域を他に接続する金属配線を形成すること、であ
る。
【0006】マスキング層を通じて開口部またはアパチ
ャーを規定することは、全プロセスの中でも重要なプロ
セスである。リソグラフィーによるパターン化プロセス
は一般的に用いられている。そのパターン化プロセス
は、以下の2つの基本的な種類、すなわち、実験室での
技術、および実用可能な大量生産技術として特徴づけら
れ得る。
【0007】
【発明が解決しようとする課題】レジスト層上または直
接基板上でサブミクロンの形状を形成するために、直接
描画モードまたはステッパ二重モードで、X線輻射また
は他の短波長輻射を用いる提案が数多くなされている。
しかし、これらの技術は、実用的に使用されるよりも、
実験室で行われるほうが適している。
【0008】さしあたって、実用化可能な技術は、約3
65ナノメータよりも長い波長およびステッパオプティ
クスに依存する技術であると言うことができる。
【0009】現在利用可能で、実用可能なフォトリソグ
ラフィーにおける比較的長い波長(0.365ミクロン
以上)では、投射された像の解像度に限界がある。従来
のフォトリソグラフィー技術は、436から365ナノ
メータ(nm)の波長領域の光に依存している。これら
の技術は、実用化で一般的なG線ステッパおよびI線ス
テッパによって、各々用いられる波長である。従来のG
線ステッパは、幅または直径が約0.6ミクロン(60
0ナノメータ)以上のマスキング層のアパチャーを形成
する。従来のI線ステッパは幅または直径が約0.4ミ
クロン(400ナノメータ)以上のマスキング層のアパ
チャーを形成する。これらのアパチャーを形成する技術
によるアパチャーの最小サイズによって、下部の基板で
形成された各々の形状の幅または直径に、およその下限
がきまってしまう。
【0010】本発明は、上記事情を鑑みてなされたもの
であり、その目的とするところは、現在利用可能な半導
体製造装置を利用しながら、マスク開口部のサイズをよ
り縮小することのできるリソグラフィー技術を提供する
ことにある。
【0011】
【課題を解決するための手段】本発明によるフォトリソ
グラフィー方法は、レジスト層に位相シフト用エッジを
形成する工程、該位相シフト用エッジで干渉が生じるよ
うな光で該レジスト層を照射して、該位相シフト用エッ
ジで暗帯を形成する工程、該暗帯で覆われた部分を残す
ように露光されたレジスト層を現像する工程、該暗帯部
分を硬化する工程、第2レジスト層で該暗帯部をコーテ
ィングする工程、該第2レジスト層に光パターンを投射
する工程、および該第2レジスト層を現像する工程を包
含し、それによって上記目的が達成される。
【0012】また好適には、前記位相シフト用エッジが
干渉を起こす寸法d*=((2N+1)/2)・(λ/
(ηー1))に等しい、またはほぼ等しい深さを有し、
λは前記照射工程で用いられた光の波長であり、ηは前
記レジスト層の屈折率であり、Nは0、1、2、
3、...から選択されたモード整数である場合があ
る。
【0013】本発明によるマスクされた構造は、(a)
基板、(b)該基板上に形成された第1レジスト層の暗
帯が形成された部分、および(c)該基板上に形成され
た第2レジスト層を有するマスクされた構造であって、
該第2レジスト層は、該第2レジスト層を通して形成さ
れた1つ以上の開口部を有し、該第1レジスト層の該暗
帯が形成された部分は該1つ以上の開口部の内壁部の少
なくとも一部を規定しており、それによって上記目的が
達成される。
【0014】本発明によるマスクにより製造された装置
は、照射、エッチャント、ドーパント、メタライゼーシ
ョン材料または他の剤を、前記マスクされた構造に通し
て規定された形状を有する基板を備えており、それによ
って上記目的が達成される。
【0015】本発明によるアパチャー形成方法は、
(a)第1レジスト層によって基板を覆う工程、(b)
該第1レジスト層を照射する工程、(c)該第1レジス
ト層の予め選択された部分上に、干渉により形成された
暗帯を形成する工程、(d)該第1レジスト層の該予め
選択された部分を硬化する工程、(e)第2レジスト層
で該基板を覆う工程、および(f)アパチャーの内壁部
を少なくとも形成する該第1レジスト層の該予め選択さ
れた部分を残しておくように、該第2レジスト層を通し
てアパチャーを形成する工程を包含し、それによって上
記目的が達成される。また、好適には、前記第1レジス
ト層の予め選択された部分上に干渉により形成された暗
帯を形成する前記(c)の工程が、該レジスト層の位相
シフト用エッジの形成を含み、該位相シフト用エッジは
干渉を起こす寸法d*=((2N+1)/2)・(λ/
(ηー1))に等しい、またはほぼ等しい深さを有し、
λは前記照射工程で用いられた光の波長であり、η(イ
ータ)はレジスト層の屈折率であり、Nは0、1、2、
3、...から選択されたモード整数である場合があ
る。 また、好適には、第2レジスト層で前記基板を覆
う前記工程(e)の後に、該第2レジスト層を硬化する
工程を更に包含する場合もある。
【0016】本発明によるマスクにより製造された装置
は、前記方法で形成されたアパチャーに照射、エッチャ
ント、ドーパント、メタライゼーション材料または他の
剤を通すことによって形成された形状を有する基板を備
えており、それによって上記目的が達成される。
【0017】また、好適には、マスクにより製造された
装置の基板が半導体材料を含む場合もある。
【0018】また、好適には、マスクにより製造された
装置の基板が以下の特徴、(1)1つ以上のドーパント
を、前記方法で形成されたアパチャーに通過させること
によって形成されたP型またはN型導電性領域;(2)
絶縁生成剤を、前記方法で形成されたアパチャーに通過
させることによって形成された電気絶縁領域;(3)エ
ッチャントを、前記方法で形成されたアパチャーに通過
させることによって形成された選択的にエッチングされ
た領域;(4)金属を前記方法で形成されたアパチャー
に通過させることによって形成された基板に対する金属
コンタクト;(5)1つの基板領域を他の基板領域に接
続するための配線であって、1つ以上の部分が前記方法
で形成されたアパチャーを通して伸びている導電性材料
を提供することで形成される、の少なくとも1つ以上の
特徴を有する場合もある。
【0019】本発明による小さく間隔を開けた側壁形成
方法は、(a)エネルギー閾値レベル(Eth)で特徴づ
けられる感光性材料からなる第1層で基板を覆う工程;
(b)該第1感光性層に、間隔を開けて形成された、干
渉を生じる側壁を形成する工程;(c)該第1感光性層
の干渉を生じる側壁の領域に、該エネルギー閾値レベル
(Eth)よりも小さいエネルギーの暗帯が、干渉によっ
て形成されるような、該エネルギー閾値レベル(Eth
よりも大きなエネルギーを有する光で該第1感光性層を
照射する工程;(d)該第1感光性層を形成し、暗帯に
形成された、感光性材料からなる該第1層の残りを残す
工程;(e)該基板および形成された該第1層の残りを
第2感光性層で覆う工程;および(f)アパチャーの各
々の対向する内壁を形成する該第1レジスト層の残りを
残し、その対向する内壁間距離が、該第1感光性レジス
ト層に最初に形成される、間隔を開けて形成された、干
渉を生じる側壁間距離よりも小さいように、該第2感光
性層を通してアパチャーを形成する工程を包含し、それ
によって上記目的が達成される。
【0020】
【作用】第1感光性レジスト層が例えば基板上に形成さ
れた後、少なくとも1つの鋭く傾斜した内壁を有する1
つ以上の凹部が、第1感光性レジスト層の中に形成され
る。凹部の鋭く傾斜した内壁は、第1レジスト層が次に
全面一括露光される際に、隣接する発光波面間の干渉を
形成するのに適した大きさに形成される。
【0021】第1レジスト層が次に全面一括露光される
と、隣接する発光波面間の干渉によって、凹部の鋭く傾
斜した端の付近に暗帯が形成される。第1レジスト層の
暗帯に覆われた部分は、あたかも照射されていないよう
に作用する。第1レジスト層の他の部分は、干渉に形成
された暗帯によって覆われておらず、照射に反応して、
暗帯に覆われた部分と区別できるようになる。これらの
他の部分は取り除かれ、暗帯に覆われた部分が残る。
【0022】次に、暗帯部分は硬化され、基板はレジス
トの第二層でコーティングされる。第1レジスト層に最
初の凹部を形成した同じマスクが、基板の同じ部分で再
び用いられ、第2レジスト層を露光する。
【0023】次に、第1レジスト層の暗帯部によって、
第2レジスト層を通してアパチャーが形成され、第1レ
ジスト層は第2レジスト層を通して形成されたアパチャ
ーの内壁を形成する。その結果、アパチャーの大きさ
は、暗帯の厚みの一部または全ての分だけ小さくなる。
【0024】
【実施例】以下に、本発明を実施例について説明する。
【0025】図1は、第1フォトレジスト層12に覆わ
れた基板10の断面図を示す。基板10は、シリコンま
たは他の適切な材料から形成され得る。レジスト層12
は、好ましくは上表面が平坦であり、ヘキスト社のAZ
−1350J(商品名)またはシプレイ社のシプレイマ
イクロポジット1400(Shipley Micro
posit 1400)(商品名)のような従来のポジ
型像フォトレジスト材料からなる。
【0026】基板10は、従来のフォトリソグラフィー
ステッパユニット20の中に位置する。このようなステ
ッパユニット20の例にはニコン社の1505i7(商
品名)およびニコン、キャノン、ASMまたはGCAか
ら入手可能な他のユニットが含まれる。
【0027】アパチャー14aおよび14bを有する従
来のフォトマスク14は、基板10上のステッパユニッ
ト20の中に位置し、基板10上に形成されたアライメ
ントマーク11に対して位置合わせされる。
【0028】ステッパユニット20内の光源22は、レ
ジスト材料12および次に用いられる現像液(図2と関
連して後で述べられる)のエネルギー閾値レベル
(Eth)と同じ、または少し大きい光エネルギーによっ
て、フォトマスク14を全面一括露光する。光源22
は、好ましくは平均436ナノメータ(nm)の範囲
で、更に好ましくは、より短い365nmの範囲の波
長、または他の範囲の波長の光を形成する。光は、入手
可能なステッパのオプティクスおよび/またはレンズ、
および、フォトリソグラフィーの入手可能な現像材料の
特性に最も適合したものが使用される。ステッパオプテ
ィクス25は、フォトマスク14および第1レジスト層
12の間に形成され、レジスト層12上で投射像を縮小
するものである(本発明は、例えば、248nmおよび
193nmの範囲の遠紫外線(DUV)領域の更に短い
波長をも念頭においている。これらの短い波長は、まだ
商業的に使用できるとは考えられていないが、この分野
では、DUV両立式オプティクスおよびフォトリソグラ
フィック材料を開発する努力がなされているので、それ
らのより短い波長は実用化されるものと期待されてい
る)。
【0029】本実施例では、照射光源によって、365
nm(0.365μm)のI線光が形成される。フォト
マスクアパチャー14aおよび14bは、各々2μmの
幅である。ステッパオプティクス25は5倍の縮小を行
い、その結果、レジスト層12の露出した領域12aお
よび12bは各々0.4μm(400ナノメータ)の幅
である。
【0030】光線16は、マスク14およびステッパオ
プティクス25を通して投射され、レジスト表面領域1
2aおよび12bを露光する。
【0031】光線16のエネルギーは、レジスト素材の
エネルギー閾値レベル(Eth)と同じか、または少し大
きいので、露光した表面部分12aおよび12bだけが
光化学的に、次に用いられる現像液によって取り除かれ
る形態に変化する。レジスト層12の下部は実質的に変
化しないことが好ましい。レジスト材料のエネルギー閾
値レベル(Eth)は、光化学変化プロセスを起こすため
に必要な照射エネルギーの最小レベルであり、この値
は、一般的に、フォトレジスト材料の製造者によって明
らかにされている。
【0032】上記の光化学的変化は、しばしば、レジス
ト材料の酸性度を増加させるステップを含んでいる。K
OH、NOHまたはTemAHのような高pH溶液は、
レジスト材料のより酸性の部分を溶解することによっ
て、現像液として作用する。溶解される量は、図1の露
光工程の間どれだけ光化学的変化が行われるかにより、
および溶解工程に費やされる時間の長さによる。
【0033】露光された表面領域12aおよび12bは
適切な現像液(例えば、高pH溶液)で現像され、図2
の断面図に見られるように、凹部12c12dを残す。
【0034】図2の構造を形成するために、シプレイ社
のシプレイMF314(商品名)またはAZ−521
(商品名)のようなポジ型フォトレジスト現像液が制限
された時間内で適用され、凹部12cおよび12dの深
さを制御する。凹部の深さは、以下の式で表される干渉
を起こす寸法、d*に等しいか、または大体等しい。即
ち、 d*=((2N+1)/2)・(λ/(η−1)) (式1) 上記の式1で、λ(ラムダ)は図3で次に使用される全
面一括露光光源35の波長であり、η(イータ)はレジ
スト層12の屈折率であり、Nは0、1、2、
3、....から選択されたモード整数である。
【0035】モード値N=0が好ましい。これは、凹部
の深さd*、および深さd*を形成するために必要な時間
および材料を低減する。レジスト層12(例えば、ヘキ
スト社のAZ−1350J(商品名)レジスト)の屈折
率の典型的な値はη=1.64である。λ=3650オ
ングストローム(オングストロームにおけるI線)、η
=1.64およびN=0である場合、凹部の深さd*
約2850オングストロームになる。
【0036】図3において、図2の凹部が覆われた構造
は、次に全面一括露光ユニット30に置かれる。光源3
5は凹部が覆われたレジストを、適切な光化学変化帯
(例えば、436nmまたは365nm波長領域)の光
で全面一括露光する。この時、光線36および37のエ
ネルギーは、レジスト材料のエネルギー閾値レベル(E
th)よりも実質的に大きく、基板10の表面での変化を
確実にする。しかし、照射光36および37のエネルギ
ーレベルは、以下で述べられる干渉が介在するメカニズ
ムを消失してしまう程高すぎてはいけない(過度の反射
が、以下で述べられる所望の暗帯の形成を損なう)。
【0037】隣接する光線36および37の波面が、各
々の凹部の側壁の上部および下部を照射する時、位相差
が形成される。隣接する光線36および37の両者は、
光源35からレジスト層12の表面へ伝わるとき、共通
の媒体(例えば、空気)を通過して同じ速さで伝わる。
しかし、光線36の照射波面が、精密に形成された凹部
(12cおよび12d)の1つのエッジを照射する時、
強制的にレジスト材料12を通過して距離d*を伝わる
ようにするが、光線37の照射波面は、共通の媒体(例
えば、空気)を通過して距離d*を伝わり、凹部の下部
に届くようにする。共通の媒体(例えば、空気)および
第2媒体(レジスト12)間の屈折率の相違によって、
波面どうしが凹部の下部で出会う時、波面は相互に18
0度位相がずれ、ひとまとまりになって下部へ向いレジ
スト12の残りを通過する。
【0038】干渉は180度の位相差によって形成され
る。この干渉によって、凹部12cおよび12dのエッ
ジのあたり(ちょうどその下)に、明るくなっていない
領域、すなわち「暗帯」領域38が形成される。暗帯3
8は、0.365nmの波長に対して、幅が約0.2μ
mであり、各々の暗帯38は対応する凹部のエッジをそ
の中心に定めている。暗帯効果は、干渉38の領域にお
いて、光エネルギーがレジスト材12のエネルギー閾値
レベル(Eth)よりも小さくなるとき生じる。干渉は、
凹部12cおよび12dの側璧で最大になり、側壁から
離れるにつれ減衰する。光エネルギーがエネルギー閾値
レベル(Eth)に等しいまたはそれより大きくなる距離
は、様々なレジスト材料並びに様々な発光波長および様
々な照明の強度によって変化する。これらの制御ファク
ターは、領域41−44が0.2μm以外の幅を有する
ように変化され得る。
【0039】次の工程では、図3の全面一括露光された
レジストは十分に現像され、その結果硬化され(DUV
照射に晒すことによって交差重合され)、図4の断面図
に示された構造を形成する。断面領域41、42、43
および44は、図3の露光工程で暗帯領域38の中にあ
ったので、残っている。
【0040】硬化された断面領域41から44は1つ以
上の3次元構成の一部である。ある実施例では、断面領
域41および42は、硬化されたレジストの第1の管型
構成小片(例えば、第1ドのーナツ形状)であり、断面
領域43および44は硬化されたレジストの第2の管型
構成小片(例えば、第2のドーナツ形状)である。各々
のレジストの管形小片は、上から見ると、円形、長方形
または他の形を有してもよい。
【0041】他の実施例では、断面領域41、42、4
3および44は、基板10上でそれぞれ間隔を開けて形
成された平行なストリップである。
【0042】断面領域41−43は、幅が約0.1から
0.2μmである。それらの高さは第1レジスト層12
の高さ、および図2で形成された凹部12cおよび12
cの深さによる。断面領域41および42間の中心間の
距離は約0.4μmである。(中心線は、図1の露光領
域12aの外縁に対応する。)断面領域41および42
(または断面領域43および44)の内壁間の距離は約
0.2μmである。後者の寸法は、断面領域41および
42の初めの中心間の距離(0.4μm)から断面領域
41および42における各中心から内壁までの幅の合計
(0.1μm+0.1μm)だけ減少したものを表して
いる。
【0043】頭文字「POST」は「基板上の位相シフ
ト(hase−shift ubsrat
e)」を意味し、図1−4の方法のために新しく造られ
た言葉である。位相シフトは、レジストがコーティング
された基板の上に直接形成されたd*凹部の側壁の中で
生じる。位相シフト技術によって得られる線幅の縮小を
行うために、分離された位相マスクは必要ではない。
【0044】図5に示されるように、断面領域41−4
4によって表される硬化されたレジスト小片は、次に第
2フォトレジスト層50によって覆われる。全体が覆わ
れた構造は、再び図1のステッパユニット20に戻され
る。図1で用いられたの同じマスク14は、基板10の
形状11に対して再びアライメントされる。アラインメ
ント許容は、断面領域41から44の中心から内壁の幅
の最小値、または中心から外壁の幅(±0.1μm)の
最小値よりも小さくなければならない。
【0045】光線66はフォトマスク14およびスッテ
パオプティクス25を通過し、新しいレジスト層50の
下部部分50aおよび50bを露光する。レジスト層5
0は、図1で用いられた第1レジスト層12と組成にお
いて同じまたはよく似たポジ型現像フォトレジストであ
る。光源22の光エネルギーは、好ましくはレジスト材
料50のエネルギー閾値レベル(Eth)よりも実質的に
大きく、基板10の表面上で完全な光化学的変化が必ず
生じるようにする。
【0046】ステッパユニット20内での照射の後に
は、図2で用いられるフォト現像液の組成と同じまたは
よく似た構成内容を有するポジ型像液を用いて、完全な
現像が行われる。
【0047】図6は、以上の結果より生じたマスクに覆
われた生成物60の断面図である。第2レジスト層50
の露光されていない部分はそのまま残り、暗帯領域41
−44の外側の上端を約半分覆う。
【0048】暗帯領域41および42の内壁は、約0.
2μmの間隔で分離されていて、各々が少なくともアパ
チャー50cの内壁に対向する部分を形成する。アパチ
ャー50cは、図5で露光された0.4μmの幅を有す
る領域50aに対応する(領域50aは、必ずしも、領
域12aと同じ上端の形を有する必要はない)。
【0049】暗帯領域43および44の内壁は、約0.
2μmの間隔で分離されていて、少なくとも、アパチャ
ー50dの対向する内壁の一部を形成する。アパチャー
50dは、図5で露光した0.4μmの幅を有する領域
50aに対応する。
【0050】図6の次の工程では、現像されたレジスト
層50は、任意にDUV光に晒すことによって硬化され
る(方法によっては、この硬化工程は必要ではなく省略
できる)。その後、(任意に硬化された)層50によっ
てマスクされなかった基板部または硬化された暗帯部4
1−44は、半導体ドーパント、照射、または他の特性
変化剤に晒される。その結果、領域41および42の中
心から内壁の幅の合計(0.1μm+0.1μm)だけ
減じられた領域41および42の最初の中心間の距離
(0.4μm)と同じくらい小さい形状を有する生成物
がフォトリソグラフィーにより形成される。図示されて
いるI線の場合では、最小の形状の大きさは0.2μm
になる。これは、従来の0.4μmの寸法の50%であ
る。
【0051】図7は、1つの実施例を示す。ドーパント
が0.2μmの幅のアパチャー50cおよび50dを介
して基板10に導入され、同様の大きさのN型導電性領
域を基板10に形成する(この例では、基板10は、シ
リコンまたは他の半導体材であると仮定されている)。
【0052】図8は、他の実施例を示す。金属(例え
ば、銅)または他の充填材を第2レジスト層50の上に
形成し、0.2μmの幅のアパチャー50cおよび50
dによって露出した領域で基板10と直接コンタクトす
るようにする。同様の大きさのN型導電性領域は、基板
10の中に既に形成されているように示されている。
【0053】0.4μmから0.2μmへの50%だけ
の幅の減少が、上記I線の例で示されたが、2次元の面
積は、各々の1次元幅の減少の2乗で減少するというこ
とに留意しなければならない。従って、75%の面積の
節約は、上記実施例で従来の基板形状の0.16μm2
(0.4μm×0.4μm)の面積から、本発明によっ
て得られる基板形状の0.04μm2(0.2μm×
0.2μm)の面積へ変化させることで得られる。もっ
と多くのオンチップデバイスを有する半導体装置が、こ
のような面積の節約によって得られる。
【0054】図9(a)から(d)、図10および図1
1は実験結果の顕微鏡写真図を含む図である。図9
(a)は、閾値エネルギーE(th)における第1の露光
を示す斜視図である。0.5μm幅の不透明線および
0.5μm幅のスペースを交互にする現像パターンを有
するフォトマスクは、ニコンI線ステッパ(NA=0.
45、δ=0.5)および住友化学ポジ型フォトレジス
ト(PFI−15)とともに使用された。d*凹部は図
9(b)の顕微鏡写真の端に見られる。次に行う位相シ
フトおよび十分な現像の結果が図9(c)および9
(d)に示される。図9(d)に見られるように、暗帯
部は大まかに見積って0.15μmの幅である。図9
(c)に見られるように、2つの暗帯部は0.5μm幅
の範囲内に見られ、各々の対向する壁は約0.25μm
離れている。一対の暗帯どうしが0.25μm離れた暗
帯部と他の対は、0.5μmの間隔で分離されている。
【0055】図10の顕微鏡写真において、ドーナッツ
型の暗帯は0.2μm幅で、アスペクト比は4である。
内側の直径は0.5μmより少し小さい。図11の顕微
鏡写真では、0.2μm幅の暗帯ストリップが形成さ
れ、0.7μmの間隔が開いている。アスペクト比は4
である。
【0056】図12は、凹部の端でd*の高さオフセッ
トを有する理想的な位相シフトによって形成された理論
的な光強度を示す。結果は、ALICEコンピューター
のシミュレーションプログラムによって得られた。中心
から±0.25μm離れた領域では、光強度は1.0の
相対平均値以下であった。暗帯幅(例えば、0.2μ
m)は、光強度の干渉による減少の関数であり、また図
3から4の像を形成する工程で用いられたレジストケミ
ストリーおよび現像液の関数でもある。高コントラスト
レジストおよび現像液の組み合せは、好ましくは、急勾
配な側壁を有する暗帯領域の現像に用いられる。勾配の
小さい(緩やかなスロープ)側壁を有する暗帯部が必要
なときは、低コントラストの組み合せが用いられ得る。
【0057】上記の開示内容は本発明の一実施例であっ
て、発明の範囲を限定するものではない。以上の開示内
容を検討した後に、様々な修正や変形が考えられるはの
当業者には明かである。
【0058】実施例によると、図2の位相シフト上部層
(12)は、一方の層が隣の層に積み重なった異なった
剤型からなる2つのレジスト層を用いても形成すること
ができる。上部レジスト層(不図示、12Uと呼ぶ)は
厚さがd*または僅かにそれより小さい。一方、下部レ
ジスト層(不図示、12Lと呼ぶ)の厚さは任意であ
る。上部レジスト層12Uは、光を受けて比較的短時間
で層12Uを酸性型に変化させる高速増感剤を含む。一
方、下部レジスト層12Lは、光を受けて比較的長時間
で層12Lを酸性型に変化される低速増感剤を含む。従
って、d*凹部12cおよび12dを形成するための現
像工程は、上部層12Uの高速増感剤の短時間フレーム
において行われる。上部レジスト層12Uは酸性型に変
化させられるが、一方、ゆっくりと現像される下部層1
2Lは実質的には変化しない。続いて行われる現像によ
って、上部層12Uの酸性物質(および下部層12Lの
変化量)は取り除かれるが、実質的に変化しなかった下
部層12Lは取り除かれず、残ったままである。取り除
かれた物質は、深さd*の凹部12cおよび12dを残
す。ついでながら、上部レジスト層12Uの屈折率と下
部レジスト層12L(不図示)の屈折率はかなり違って
いてもよい。
【0059】新規技術によって、より小さな寸法であっ
てもアパチャーを縮小することが可能になった場合、上
記波長や材料を変化させることができる。上記の技術
は、基板上に電子素子を集積するかわりにまたはそれに
付け加え、光学素子または電気光学素子を基板上に集積
するために適用され得る。
【0060】
【発明の効果】本発明によれば、マスク開口部(例え
ば、アパチャー)を形成するために、まず、レジスト層
に位相シフトエッジを有する凹部を形成する。マスク開
口部の寸法縮小に、位相シフトエッジに生じる近接光線
波面間の干渉が利用される。この干渉によって生じる暗
帯のサイズ分だけ、マスク開口部の対向する側壁間の距
離を減じることができる。その結果、例えばリソグラフ
ィー波長およびレジスト材料のような他のファクターが
不変であれば、本発明によって形成されたマスク開口部
は、従来技術によって形成されたマスク開口部よりも縮
小される。なお、本発明によれば、特に位相シフトマス
クを別に用意することなく、線幅縮小のための干渉を引
き起こすことができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】第1フォトマスクのパターンが第1レジスト層
上に照射されるステッパの断面図である。
【図2】第1レジスト層内に形成された凹部を示す断面
図である。
【図3】図2で形成された各々の凹部の端で、干渉がど
のように形成されるかを示す全面一括露光装置の断面図
である。
【図4】図3の全面一括露光工程の後に生じる結果と次
の硬化工程を示す断面図である。
【図5】第2レジストコーティング工程と次の図1のス
テッパの露光を示す断面図である。
【図6】次に行われる現像工程を示す断面図である。
【図7】図6のマスク構造を用いて現像した半導体装置
を示す断面図である。
【図8】図6のマスク構造を用いて現像した他の半導体
装置を示す断面図である。
【図9】(a)から(d)は、0.5μm線幅のマスク
を用いて得られた実験及びその結果を示す図である。
【図10】0.5μm線幅のマスクを用いて得られた実
験結果を示す図である。
【図11】0.5μm線幅のマスクを用いて得られた実
験結果を示す図である。
【図12】相対的な光の強度と理想的な位相シフトデバ
イスの端からのずれを図示する。
【符号の説明】
10 基板 12 第1レジスト 12c、12d 凹部 14 フォトマスク 14a、14b アパチャー 25 ステッパオプティクス 22、35 光源 38 暗帯 50 第2レジスト
フロントページの続き (72)発明者 田渕 宏樹 大阪府大阪市阿倍野区長池町22番22号 シャープ株式会社内 (56)参考文献 特開 平6−97024(JP,A) 特開 平5−224424(JP,A) 特開 平5−47623(JP,A) (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) H01L 21/027 G03F 1/08

Claims (11)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 レジスト層に位相シフト用エッジを形成
    する工程;該位相シフト用エッジで、干渉が生じるよう
    な光で該レジスト層を照射して、該位相シフトエッジで
    暗帯を形成する工程;該暗帯で覆われた部分を残すよう
    に露光されたレジスト層を現像する工程;該暗帯部分を
    硬化する工程;第2レジスト層で該暗帯部をコーティン
    グする工程;該第2レジスト層に光パターンを投射する
    工程;および該第2レジスト層を現像する工程を包含す
    る、フォトリソグラフィー方法。
  2. 【請求項2】 前記位相シフト用エッジが干渉を起こす
    寸法d*=((2N+1)/2)・(λ/(ηー1))
    に等しい、またはほぼ等しい深さを有し、 λは前記照射工程で用いられた光の波長であり、ηは前
    記レジスト層の屈折率であり、Nは0、1、2、
    3、...から選択されたモード整数である、 請求項1に記載のフォトリソグラフィー方法。
  3. 【請求項3】 (a)基板; (b)該基板上に形成された第1レジスト層の暗帯が形
    成された部分;および (c)該基板上に形成された第2レジスト層、 を有するマスクされた構造であって、 該第2レジスト層は、該第2レジスト層を通して形成さ
    れた1つ以上の開口部を有し、該第1レジスト層の該暗
    帯が形成された部分は該1つ以上の開口部の内壁部の少
    なくとも一部を規定するマスクされた構造。
  4. 【請求項4】 照射、エッチャント、ドーパント、メタ
    ライゼーション材料または他の剤を、請求項3の前記マ
    スクされた構造の前記1つ以上の開口部に通して規定さ
    れた形状を有する基板を備えた、マスクにより製造され
    た装置。
  5. 【請求項5】 (a)第1レジスト層によって基板を覆
    う工程; (b)該第1レジスト層を照射する工程; (c)該第1レジスト層の予め選択された部分上に、干
    渉により形成された暗帯を形成する工程; (d)該第1レジスト層の該予め選択された部分を硬化
    する工程; (e)第2レジスト層で該基板を覆う工程;および (f)アパチャーの内壁部を少なくとも形成する該第1
    レジスト層の該予め選択された部分を残しておくよう
    に、該第2レジスト層を通してアパチャーを形成する工
    程、を包含するアパチャー形成方法。
  6. 【請求項6】 前記第1レジスト層の予め選択された部
    分上に干渉により形成された暗帯を形成する前記(c)
    の工程が、該レジスト層の位相シフト用エッジの形成を
    含み、該位相シフト用エッジは干渉を起こす寸法d*
    ((2N+1)/2)・(λ/(ηー1))に等しい、
    またはほぼ等しい深さを有し、λは前記照射工程で用い
    られた光の波長であり、ηはレジスト層の屈折率であ
    り、Nは0、1、2、3、...から選択されたモード
    整数である、請求項5に記載のアパチャー形成方法。
  7. 【請求項7】 第2レジスト層で前記基板を覆う前記工
    程(e)の後に、該第2レジスト層を硬化する工程を更
    に包含する、請求項5に記載のアパチャー形成方法。
  8. 【請求項8】 請求項5で形成されたアパチャーに照
    射、エッチャント、ドーパント、メタライゼーション材
    料または他の剤を通すことによって形成された形状を有
    する基板を備えた、マスクにより製造された装置。
  9. 【請求項9】 マスクにより製造された装置の基板が半
    導体材料を含む、請求項8に記載の装置。
  10. 【請求項10】 マスクにより製造された装置の基板が
    以下の特徴、 (1)1つ以上のドーパントを、請求項
    5の方法で形成されたアパチャーに通過させることによ
    って形成されたP型またはN型導電性領域;(2)絶縁
    生成剤を、請求項5の方法で形成されたアパチャーに通
    過させることによって形成された電気絶縁領域;(3)
    エッチャントを、請求項5の方法で形成されたアパチャ
    ーに通過させることによって形成された選択的にエッチ
    ングされた領域;(4)金属を請求項5の方法で形成さ
    れたアパチャーに通過させることによって形成された基
    板に対する金属コンタクト;(5)1つの基板領域を他
    の基板領域に接続するための配線であって、1つ以上の
    部分が請求項5の方法で形成されたアパチャーを通して
    伸びている導電性材料を設けることで形成される、の少
    なくとも1つ以上の特徴を有する、請求項9に記載の装
    置。
  11. 【請求項11】 (a)エネルギー閾値レベル(Eth
    で特徴づけられる感光性材料からなる第1層で基板を覆
    う工程; (b)該第1感光性層に、間隔を開けて形成された、干
    渉を生じる側壁を形成する工程; (c)該第1感光性層の干渉を生じる側壁の領域に、該
    エネルギー閾値レベル(Eth)よりも小さいエネルギー
    の暗帯が、干渉によって形成されるような、該エネルギ
    ー閾値レベル(Eth)よりも大きなエネルギーを有する
    光で該第1感光性層を照射する工程; (d)該第1感光性層を形成し、暗帯に形成された、感
    光性材料からなる該第1層の残りを残す工程; (e)該基板および形成された該第1層の残りを第2感
    光性層で覆う工程;および (f)アパチャーの各々の対向する内壁を形成する該第
    1レジスト層の残りを残し、その対向する内壁間距離
    が、該第1感光性レジスト層に最初に形成される、間隔
    を開けて形成された、干渉を生じる側壁間距離よりも小
    さいように、該第2感光性層を通してアパチャーを形成
    する工程、を包含する小さく間隔を開けた側壁製造方
    法。
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