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Info
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- H01L21/0271—Making masks on semiconductor bodies for further photolithographic processing not provided for in group H01L21/18 or H01L21/34 comprising organic layers
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- G03—PHOTOGRAPHY; CINEMATOGRAPHY; ANALOGOUS TECHNIQUES USING WAVES OTHER THAN OPTICAL WAVES; ELECTROGRAPHY; HOLOGRAPHY
- G03F—PHOTOMECHANICAL PRODUCTION OF TEXTURED OR PATTERNED SURFACES, e.g. FOR PRINTING, FOR PROCESSING OF SEMICONDUCTOR DEVICES; MATERIALS THEREFOR; ORIGINALS THEREFOR; APPARATUS SPECIALLY ADAPTED THEREFOR
- G03F7/00—Photomechanical, e.g. photolithographic, production of textured or patterned surfaces, e.g. printing surfaces; Materials therefor, e.g. comprising photoresists; Apparatus specially adapted therefor
- G03F7/0035—Multiple processes, e.g. applying a further resist layer on an already in a previously step, processed pattern or textured surface
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- Photosensitive Polymer And Photoresist Processing (AREA)
Description
【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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
（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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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）。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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*は
約２８５０オングストロームになる。
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*は
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）。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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（Ｐｈａｓｅ−ｓｈｉｆｔ ＯｎＳｕｂｓＴｒａｔ
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。
ト（Ｐｈａｓｅ−ｓｈｉｆｔ ＯｎＳｕｂｓＴｒａｔ
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。
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。
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。
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。
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）。
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。
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。
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）。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
（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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
イスの端からのずれを図示する。
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)
- 【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。 - 【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。 - 【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。 - 【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。 - 【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。 - 【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。 - 【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。 - 【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。 - 【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。 - 【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。 - 【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。
Applications Claiming Priority (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| US07/954,505 | 1992-09-29 | ||
| US07/954,505 US5403685A (en) | 1992-09-29 | 1992-09-29 | Lithographic process for producing small mask apertures and products thereof |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH06267890A JPH06267890A (ja) | 1994-09-22 |
| JP2996580B2 true JP2996580B2 (ja) | 2000-01-11 |
Family
ID=25495514
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP24334193A Expired - Fee Related JP2996580B2 (ja) | 1992-09-29 | 1993-09-29 | 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 |
Country Status (2)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US5403685A (ja) |
| JP (1) | JP2996580B2 (ja) |
Families Citing this family (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR0184143B1 (ko) * | 1996-05-02 | 1999-04-01 | 문정환 | 측면확산성분 확인 패턴 및 확인 방법 |
| JP2000156377A (ja) * | 1998-11-19 | 2000-06-06 | Murata Mfg Co Ltd | レジストパターン及びその形成方法並びに配線パターンの形成方法 |
| US6420247B1 (en) | 2000-04-10 | 2002-07-16 | Motorola, Inc. | Method of forming structures on a semiconductor including doping profiles using thickness of photoresist |
| US6395435B1 (en) | 2000-06-27 | 2002-05-28 | The United States Of America As Represented By The Secretary Of The Navy | Photo-lithographic mask having total internal reflective surfaces |
| JP2003151875A (ja) * | 2001-11-09 | 2003-05-23 | Mitsubishi Electric Corp | パターンの形成方法および装置の製造方法 |
| US10691019B2 (en) * | 2016-10-07 | 2020-06-23 | Jsr Corporation | Pattern-forming method and composition |
Family Cites Families (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR950000091B1 (ko) * | 1990-06-20 | 1995-01-09 | 후지쓰 가부시끼가이샤 | 위상 천이기가 있는 레티클과 그 제조방법 및 수정방법 |
| US5194346A (en) * | 1991-04-15 | 1993-03-16 | Micron Technology, Inc. | Method of fabricating phase shifting reticles with an accurate phase shift layer |
| US5208125A (en) * | 1991-07-30 | 1993-05-04 | Micron Technology, Inc. | Phase shifting reticle fabrication using ion implantation |
-
1992
- 1992-09-29 US US07/954,505 patent/US5403685A/en not_active Expired - Lifetime
-
1993
- 1993-09-29 JP JP24334193A patent/JP2996580B2/ja not_active Expired - Fee Related
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| US5403685A (en) | 1995-04-04 |
| JPH06267890A (ja) | 1994-09-22 |
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