JP3234084B2 - 微細パターン形成方法 - Google Patents

微細パターン形成方法

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Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、半導体製造用縮小投影
露光装置による微細パターン形成方法に係わり、特に複
数回のパターン転写によって精度向上をはかった微細パ
ターン形成方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】原画パターンの描かれたマスクを照明系
で照明し、マスク上のパターンをウェハ上に転写する縮
小投影露光装置には、転写できるパターンの微細化が要
求されている。この要求を満足するために、露光波長の
短波長化，高ＮＡ化が進められてきた。
【０００３】従来用いられてきた露光装置を、図１１に
従って説明する。光源７１からの光は楕円反射鏡やイン
プットレンズ等からなる第１集光光学系７２により集光
され、オプチカルインテグレータ等からなる均一化光学
系７３により均一化された光となる。均一化光学系７３
の射出面には光源の形状を決定するアパーチャ７５が配
設されている。このアパーチャ７５を通した光は、アウ
トプットレンズ及びコリメーションレンズ等からなる第
２集光光学系７６により集光され、マスク７７に照射さ
れる。そして、マスク７７を通した光が、投影光学系７
８を介してウェハ７９に投影されるものとなっている。
【０００４】このような構成において、マスク７７から
光が来る側をみた場合、光の性質は第２集光光学系７６
を通じて均一化光学系７３から出てくる光の性質と同じ
になり、均一化光源７３の出射側が見かけ上の光源に見
える。このため、上記のような構成の場合、一般に均一
化光学系７３の出射側７４を２次光源と称している。マ
スク７７がウェハ７９上に投影されるとき、投影露光パ
ターンの形成特性、即ち解像度や焦点深度等は、露光波
長λ，投影光学系７８の開口数及びマスク７７を照射す
る光の性状、即ち２次光源７４の性状を決めるアパーチ
ャ７５の形状によって決まる。一般に、露光装置の解像
力ｒ及び焦点深度Ｄは、 ｒ＝Ａ１・λ／ＮＡ Ｄ＝Ａ２・λ／ＮＡ２ によって与えられる。但し、Ａ１，Ａ２はプロセスファ
クタと呼ばれ、プロセス条件，光源の性状等によって決
定されるパラメータである。これらの式から解像力を向
上させるためには、露光波長の短波長化，高ＮＡ化を行
うことが必要であることが分かる。しかしながら、同時
に焦点深度が急激に低下するという問題が生じる。
【０００５】投影露光装置の焦点深度，解像力を向上さ
せる手法として、マスク上の隣接する２箇所の透明部分
を透過する光の位相を変えればよいことが知られてい
る。従来、マスク上の隣接する２ヶ所の透明部分を透過
する光の位相を変化させるマスクパターンについては、
（IEEE Trans on Electron Devices, Vol ED-29 No.12
(1982) p1828）において、（Marc D. Levenson) 等によ
る（Improving Resolution in Photolithography with
a Phase-Shifting Mask ）と題する文献に論じられてい
る。
【０００６】本文献で提案している光学像を形成するた
めのマスク構造及び露光方法の典型的な例を、図１２に
従って説明する。マスク基板８１上に遮光膜８２を設
け、これにパターンの原画となる開口部を形成し、更に
その上に照明光の位相を変化させる層（以下、シフタと
称す）８３を設けている。シフタ８３は、隣接する透過
部の１つおきに形成される。このシフタの条件として、
膜厚をｄ，屈折率をｎ，露光波長をλとすると、 ｄ＝λ／｛２（ｎ−ｌ）｝ の関係が必要である。マスクを通過した光はシフタが配
置されている開口部と配置されていない開口部で互いに
逆位相であるため、パターン境界部で光強度が０とな
り、投影レンズ８４を介してウェハ８５上での像ではパ
ターンが分離し解像度が向上する。
【０００７】図示のようなネガ型レジストを用いること
によって、配線パターン等の形成が可能である。このよ
うに所望レジストパターンの位置が開口部に対応するマ
スクをネガマスクと呼ぶことにする。なお、このマスク
構造は典型的な一例であり、他のマスク構造も多数提案
されている。他のマスク構造においても同様の光学的原
理によって像形成を行っている。なお、図１２の８６は
上記マスクにてネガ型レジストを露光し、現像した後の
レジストパターンを示している。
【０００８】このようなＬ／Ｓパターンに代表される周
期パターンにおいてはシフタを開口部の１つおきに配置
することが可能であるが、孤立開口部を有するパターン
の場合にはシフタを最適配置することが不可能である。
そこで、図１３に示すように、孤立開口部９１の周辺
に、解像限界以下の線幅で構成された補助開口部９２を
形成し、この補助開口部９２と主開口部９１いずれかに
シフタを配置することによって解像力を向上させる手法
が提案されている（特開昭６１−２９２６４３号公
報）。このマスクによって転写され現像されたレジスト
パターン９３は、非常に解像力が高い。
【０００９】しかしながら、この種の方法にあっては次
のような問題があった。即ち、上記の補助パターン９２
はレジストパターンとして残らないようにするため、解
像限界以下の非常に細いパターンにする必要があり、マ
スク形成に際して大きな負担をかける。例えば、最小線
幅０．１５μｍのデバイスパターンを４倍体マスクでＮ
Ａ＝０．５，露光波長２４８ｎｍで露光する場合、マス
クの主開口幅は０．６μｍであるのに対し、補助開口部
及び補助開口部と主開口部の間隔はマスク上で０．２μ
ｍ程度にする必要がある。
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】このように従来、細い
孤立パターンを解像するための位相シフト法において
は、マスクの主開口部の周辺に解像限界以下の、即ち主
開口部よりもさらに細い補助開口部を設ける必要がある
ため、マスク製作上の著しい困難を生じる。また、上記
のような位相シフト法に限らず、解像すべきパターンの
寸法が解像限界に近づ近付くと、Ｌ／Ｓパターンのよう
な繰り返しパターンと孤立パターンの間で解像特性に違
いが生じる。実際のＬＳＩパターンでは、Ｌ／Ｓパター
ンのような繰り返しパターンと孤立パターンが混在する
ため、Ｌ／Ｓパターンでマスク寸法通り解像する露光条
件では、孤立パターンは寸法通り解像しないという問題
が生じる。
【００１１】本発明は、上記事情を考慮してなされたも
ので、その目的とするところは、マスク製作上の困難を
招くことなく、孤立パターンをＬ／Ｓパターンと同様の
高解像度で露光することができ、ＬＳＩパターンの形成
に適した微細パターン形成方法を提供することにある。
【００１２】
【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
に本発明は、次のような構成を採用している。
【００１３】即ち、本発明（請求項１）は、マスクに形
成された微細パターンを被露光基板上に転写する微細パ
ターン形成方法において、前記被露光基板上に、露光波
長に対して不透明であり、露光によって透過率が向上す
る性質を有する層を最上層とした少なくとも２層の多層
膜を形成する工程と、透光性基板上に形成された遮光膜
の一部を開口して形成された主パターンと同程度以上の
大きさの開口部を有する第１のマスクを用い、前記多層
膜の最上層の膜に対して露光を行い、露光波長に対して
透明化させる工程と、透光性基板上に形成された遮光膜
の一部を開口して形成された主パターンと、該主パター
ンの近傍に前記遮光膜の一部を開口して形成された該主
パターンと同程度の大きさの副開口部とを具備した第２
のマスクを用い、前記多層膜又は該多層膜の最上層以外
の膜に対して露光を行う工程と、該多層膜を現像する工
程とを含み、かつ第１のマスクの開口部の転写像と第２
のマスクの主パターンの転写像が相互に重なるように位
置決めしたことを特徴とする。
【００１４】ここで、本発明の望ましい実施態様として
は、次のものが上げられる。 (1) マスクに形成された各パターンは、透光面の一部に
設けられた遮光パターンであること。 (2) マスクとして、透明基板上に露光光に対して半透明
な領域と透明な領域とを少なくとも有し、該透明な領域
と半透明な領域とをそれぞれ通過する光の位相差がほぼ
１８０°となるように構成したハーフトーン位相シフト
マスクを用いること。 (3) マスクとして、透明基板上に露光光に対して不透明
な領域と透明な領域とを少なくとも有し、該透明な領域
と不透明な領域が交互に繰り返し配置される繰り返しパ
ターン領域を有し、該繰り返しパターン領域での隣り合
う透明な領域を通過する光の位相差がほぼ１８０°とな
るように構成したレベンソン位相シフトマスクを用いる
こと。 (4) 現像工程の前に現像される部位とされない部位を反
転させる工程、又は現像工程の後に感光性基板上の現像
後のパターンを反転させる工程を含むこと。 (5) 第１及び第２のマスクを用いた露光の際に、マスク
を照明する光源の強度を周辺部強度が中央部強度より大
とせしめる照明法、いわゆる斜め照明法を用いること。
【００１５】
【００１６】
【００１７】
【００１８】本発明（請求項１）によれば、第１のマス
クを用いたパターン転写により、後工程における第２の
マスクの補助パターンによるレジストへの影響を打ち消
すことができる。第２のマスクを用いたパターン転写で
は、孤立パターンといえども、主パターンとほぼ同寸法
の補助パターンを周囲に配置した周期パターンとするこ
とにより、Ｌ／Ｓパターンと同様に高解像で転写するこ
とができる。このとき、補助パターンは主パターンと同
寸法でよいので、補助パターン形成によりマスク製作の
困難さが増す等の不都合はない。
【００１９】つまり、第２のマスクを用いたパターン転
写によりＬ／Ｓパターンと同様に高解像で主パターンを
転写することができ、しかも補助パターンの転写は第１
のマスクを用いたパターン転写により阻止することがで
きる。従って、第１及び第２のマスクを用いた２回のパ
ターン転写により、孤立パターンをＬ／Ｓパターンと同
様に高解像で転写することが可能となる。
【００２０】
【００２１】
【００２２】
【実施例】以下、本発明の実施例及び参考例を図面を参
照して説明する。 （参考例１） この参考例は、ポジ型マスクとポジ型レジストを用いた
場合の孤立残し及び抜きパターン形成に関する。図１は
本参考例の工程を示すマスク及び被露光基板の概念的な
斜視図である。また、斜視図の右には斜視図中の一点鎖
線で示した部位の断面図を示した。
【００２３】図１（ａ）に示すように、第１のパターン
転写工程で用いるマスク（第２のマスク）１１０は、透
光性基板上１１１の表面に、最終的に形成すべき孤立残
しパターンに対応する遮光部（主パターン）１１２と、
この遮光部１１２とほぼ同じ線幅の遮光部（補助パター
ン）１１３を形成して構成される。また、感光性基板１
２０は、ウェハ１２１の上にポジ型レジスト１２２を塗
布したものである。なお、図には示さないが、実際のＬ
ＳＩのパターン形成ではＬ／Ｓパターンと孤立残しパタ
ーンが混在しており、マスク１１０にもこれらのパター
ンが混在して形成されている。
【００２４】マスク１１０を用いて上記基板１２０を露
光すると、マスク１１０の透過部（遮光部１１２，１１
３のない部分）に対応する部位が感光する（図中の斜線
部に示す）。
【００２５】図１（ｂ）に示すように、第２のパターン
転写工程で用いるマスク（第１のマスク）１３０は、透
光性基板上１３１の表面に遮光部１１２と同程度以上の
線幅の遮光部１３２を形成して構成される。なお、図に
は示さないが、前記マスク１１０によりＬ／Ｓパターン
を形成すべき領域全体を覆うように遮光部１３２が形成
されている。
【００２６】このようなマスク１３０を用い、マスク１
１０の遮光部１１２による未露光部が、遮光部１３２に
よる未露光部内に形成されるように、マスク１３０と基
板１２０をアライメントしたのち露光する。すると、２
回の露光を通じて未露光部であるのは、図１（ｂ）の１
２３の部位のみである。従って、この後にアルカリ現像
液等にて現像処理を行うことにより、図２（ａ）に示す
ように、レジスト１２２の未露光部１２３のみが残り、
所望の孤立残しパターンが形成できた。
【００２７】本参考例において、マスク１１０，１３０
として、遮光部１１２，１１３，１３２の代わりにハー
フトーン位相シフタを配置した位相シフトマスクとして
もよい。また、自己整合型位相シフトマスク等、他の位
相シフトマスクでもよい。
【００２８】また、本参考例では遮光部１１３を所望パ
ターンに対した遮光部１１２の隣に１本ずつ配置した
が、これに限定されず遮光部１１３を２本以上配置して
もよいし、さらに遮光部１１２を取り囲むような遮光部
でもよい。遮光部１１３は、遮光部１１２が孤立パター
ンと見なせない程度に遮光部１１２の周囲に存在すべき
である。また、マスク１１０として、遮光部１１２，１
１３の間の２つの透過部の内のいずれかにシフタを設け
たレベンソン型位相シフトマスクとしてもよい。またさ
らに、第１のパターン転写工程と第２のパターン転写工
程における照明方法として輪帯照明、又は光軸から外れ
た４つの領域から照明する照明法等に代表される斜め照
明法を用いてもよい。
【００２９】また、図１（ｂ）に示した第２のパターン
転写工程が終了した後、イメージリバーサルの工程を行
い、現像を行うと、図２（ｂ）に示すように、レジスト
パターンが反転して孤立抜きパターン又は孤立のコンタ
クトホールパターンが形成できる。さらに、レジストと
してネガ型レジストを使用してこの参考例を行えば、同
様に孤立抜きパターン及び孤立のコンタクトホールパタ
ーンが形成できる。
【００３０】かくして本参考例によれば、孤立ラインパ
ターンをＬ／Ｓパターンと同じの解像力で解像できた。
同様に、孤立ホールパターンと密集ホールパターンを同
じ解像力で解像できた。実際のＬＳＩパターンでの密集
パターンと孤立パターンが同一層に存在することによ
る、孤立部における解像力律則がなくなり、実効的な焦
点深度が向上し、良好なデバイスパターン転写が可能と
なった。また、レベンソン型位相シフトマスク、変形照
明と組み合わせることにより、密集パターンのみなら
ず、孤立パターンも解像力が向上した。 （参考例２） この参考例は、ネガ型マスクとネガ型レジストを用いた
場合の孤立残しパターン形成に関する。図３及び図４は
本参考例の工程を示すマスク及び被露光基板の概念的な
斜視図である。また、斜視図の右には斜視図中の一点鎖
線で示した部位の断面図を示した。
【００３１】図３（ａ）に示すように、第１のパターン
転写工程で用いるマスク（第１のマスク）２１０は、透
光性基板２１１の表面に遮光膜２１２を形成し、その一
部に開口部２１３を形成して構成される。また、被露光
基板２２０はウェハ２２１の上にＤＵＶ光に感光するネ
ガ型レジスト（ＤＵＶレジスト層）２２２、さらにその
上にポジ型のレジスト（ＭＵＶレジスト層）２２３を塗
布したものである。ＤＵＶ用ネガ型レジストは通常、Ｍ
ＵＶ光に対して感度を有しない。また、ポジ型のレジス
ト２２３には、感光剤としてはＭＵＶに対して感度のあ
るものを用いる。樹脂はＤＵＶに対して透明性の高い物
質を用いるのがよい。
【００３２】マスク２１０を用いて上記基板２２０をＭ
ＵＶ光にて露光すると、開口部２１３に対応する部位２
２４が感光し、感光剤が破壊され、ＤＵＶ光に対して透
明となる。
【００３３】図３（ｂ）に示すように、第２のパターン
転写工程で用いるマスク（第２のマスク）２３０は、透
光性基板２３１の表面に遮光膜２３２を形成し、その一
部に最終的に所望となる孤立残しパターンに対応する開
口部（主パターン）２３３と、この開口部２３３とほぼ
同じ線幅の開口部（補助パターン）２３４を形成して構
成される。
【００３４】開口部２３３による像が露光部２２４内に
形成されるようにマスク２３０と基板２２０をアライメ
ントしたのち露光する。すると、ＭＵＶによる露光部２
２４のみがＤＵＶ光に対して透明であるため、所望の孤
立パターンに対応する像強度分布のみがＤＵＶレジスト
２２２に伝達され、２２５の部位が感光する。他のパタ
ーン２３４からの像強度分布はＭＵＶレジスト層２２３
でブロックされてＤＵＶレジスト層２２２に到達しな
い。
【００３５】次の工程は、図４（ａ）に示すように、現
像のための前工程である。ＭＵＶ光にて全面露光を行う
ことによってＭＵＶレジスト層２２３を全面感光させ、
アルカリ現像液等に可溶にする。この後、アルカリ現像
液等にて現像処理を行うことにより、図４（ｂ）に示す
ように、ＤＵＶ光で感光したＤＵＶレジスト層２２２の
部位２２５のみが残り、所望の孤立残しパターンが形成
できた。
【００３６】本参考例において、マスク２１０として、
遮光膜２１２の代わりにハーフトーン位相シフタを配置
した位相シフトマスクとしてもよい。また、自己整合型
位相シフトマスク等、他の位相シフトマスクでもよい。
また、マスク２３０として、開口部２３３或いは開口部
２３４のいずれかにシフタを設けたレベンソン型位相シ
フトマスクとしてもよい。
【００３７】また、本参考例では開口部２３３の隣に開
口部２３４を１本ずつ配置したが、これに限らず開口部
２３４を２本以上配置してもよいし、さらに開口部２３
３を取り囲むような開口部でもよい。開口部２３４は、
開口部２３３が孤立開口と見なせない程度に開口部２３
３の周囲に存在すべきである。またさらに、第１のパタ
ーン転写工程と第２のパターン転写工程における照明方
法として、輪帯照明又は光軸から外れた４つの領域から
照明する照明法に代表される斜め照明法を用いてもよ
い。
【００３８】本参考例において、ネガ型レジスト２２２
の代わりにポジ型レジストを用いれば、孤立抜きパター
ン及び孤立のコンタクトホールパターンが形成できる。
さらに、第２のパターン転写工程が終了した後、イメー
ジリバーサルの工程を行い、現像を行うと、レジストパ
ターンが反転して孤立残しパターンが形成できる。
【００３９】また、上記参考例では２層のレジストを用
いたが、ＭＵＶ光ではブリーチングを起こし（ＤＵＶ光
では透過性が低く）、ＤＵＶ光のみに感光するような材
料によるレジストを用いることによって、同様の効果を
単層レジストにて実現することができる。 （参考例３） この参考例は、ネガ型マスクとネガ型レジストを用いた
場合の孤立残しパターン形成に関する。図５及び図６は
本参考例の工程を示すマスク及び被露光基板の概念的な
斜視図である。また、斜視図の右には斜視図中の一点鎖
線で示した部位の断面図を示した。
【００４０】図５（ａ）に示すように、第１のパターン
転写工程で用いるマスク（第１のマスク）３１０は、透
光性基板３１１の表面に遮光膜３１２を形成し、一部に
開口部３１３を形成して構成される。また、被露光基板
３２０はウェハ３２１の上にＤＵＶ光に感光するネガ型
レジスト（ＤＵＶレジスト層）３２２、さらにその上に
ポジ型のレジスト（ＭＵＶレジスト層）３２３が塗布し
てある。ＤＵＶ用ネガ型レジストは通常ＭＵＶ光に対し
て感度を有しない。また、このネガ型レジスト３２２
は、アルカリ現像液に不溶であるものを選択する。
【００４１】マスク３１０を用いて上記基板３２０をＭ
ＵＶ光にて露光すると、開口部３１３に対応する部位３
２４が感光する。次いで、図５（ｂ）に示すように、ア
ルカリ現像を行い、感光した部位３２４のみを溶かす。
【００４２】図６（ａ）に示すように、第２のパターン
転写工程で用いるマスク（第２のマスク）３３０は、透
光性基板３３１の表面に遮光膜３３２を形成し、その一
部に最終的に所望となる孤立残しパターンに対応する開
口部（主パターン）３３３と、この開口部３３３とほぼ
同じ線幅の開口部（補助パターン）３３４を形成して構
成される。
【００４３】開口部３３３による像のみが部位３２４内
に形成されるようにマスク３３０と基板３２０をアライ
メントしたのち露光する。すると、ＭＵＶによる露光、
現像部位３２４のみがＤＵＶ光を透過するため、所望の
孤立パターンに対応する像強度分布のみがＤＵＶレジス
ト３２２に伝達され、開口部３３３に対応する部位３２
５が感光する。他のパターン３３４からの像強度分布は
ＭＵＶレジスト層３２３でブロックされてＤＵＶレジス
ト層３２２に到達しない。
【００４４】図６（ｂ）に示すのは現像のための前工程
である。ＭＵＶ光にて全面露光を行うことによってＭＵ
Ｖレジスト層３２３を全面感光させ、アルカリ現像液等
に可溶にする。この後、アルカリ現像液等にて現像処理
を行うとＭＵＶレジスト層３２３が除去される。この後
に、有機現像を行うことによって、ＤＵＶ光で感光した
ＤＵＶレジスト層３２２の部位３３５のみが残り、所望
の孤立残しパターンが形成できた。
【００４５】本参考例において、マスク３１０，３３０
として、遮光部３１２，３３２の代わりにハーフトーン
位相シフタを配置した位相シフトマスクとしてもよい。
さらに、自己整合型位相シフトマスク等他の位相シフト
マスクでもよい。また、マスク３３０として、開口部３
３３或いは開口部３３４のいずれかにシフタを設けたレ
ベンソン型位相シフトマスクとしてもよい。
【００４６】また、本参考例では開口部３３３の隣に開
口部３３４を１本ずつ配置したが、これに限らず、開口
部３３４を２本以上配置してもよいし、さらに開口部３
３３を取り囲むような開口部でもよい。開口部３３４
は、開口部３３３が孤立開口と見なせない程度に開口部
３３３の周囲に存在すべきである。またさらに、第１の
パターン転写工程及び第２のパターン転写工程における
照明方法として、輪帯照明に代表される斜め照明法を用
いてもよい。
【００４７】本参考例において、ネガ型レジスト３２２
の代わりにポジ型レジストを用いれば、孤立抜きパター
ン及び孤立のコンタクトホールパターンが形成できる。
さらに、図５（ｂ）に示した現像工程が終了した後、イ
メージリバーサルの工程を行い現像を行うと、レジスト
パターンが反転して孤立残しパターンが形成できる。
【００４８】また、上記参考例では２層のレジストを用
いたが、ＭＵＶ光ではブリーチングを起こし（ＤＵＶ光
では透過性が低く）、ＤＵＶ光のみに感光するような材
料によるレジストを用いることによって、同様の効果を
単層レジストにて実現することができる。 （実施例） この実施例は、ネガ型マスクとネガ型レジストを用いた
場合の孤立残しパターン形成に関する。図７及び図８は
本実施例の工程を示すマスク及び被露光基板の概念的な
斜視図である。また、斜視図の右には斜視図中の一点鎖
線で示した部位の断面図を示した。
【００４９】図７（ａ）に示すように、第１のパターン
転写工程で用いるマスク（第１のマスク）４１０は、透
光性基板４１１の表面に遮光膜４１２を形成し、その一
部に開口部４１３を形成して構成される。また、被露光
基板４２０はウェハ４２１の上に露光光に感光するネガ
型レジスト（レジスト層）４２２、さらにその上に露光
光に対して大きなブリーチング効果を有する材料で形成
された層（セル層）４２３を塗布したものである。セル
層４２３は、露光時間を経るにつれて露光波長の透過率
が増大する特性を有している。
【００５０】セル層としては、ｇ線（４３６ｎｍ）用と
しては、芳香族ニトロン化合物、ジアゾニウム塩基等が
有効である。具体的には、２，５−ジエトキシ−４−モ
ルフォリノフェニルジアゾニウムパラトルエンスルホネ
ート、４−フェニルアミノナフチルジアゾニウムスルホ
ネート、４−Ｎ−N'−ジメチルアミノナフチルジアゾニ
ウム−３−カルボキシ−４−ヒドロキシフェニルスルホ
ネート等である。さらに、ｉ線（３６５ｎｍ）用として
は、やはり芳香族ニトロン化合物、ジアゾニウム塩基等
が有効である。具体的には、２−エトキシ−４−ＮN'ジ
エチルフェニルジアゾニウムパラトルエンスルホネー
ト、４−ＮN'ジメチルアミノフェニルジアゾニウムパラ
トルエンスルホネート、４−モルフォリノフェニルジア
ゾニウム−３−カルボキシ−４−ヒドロキシフェニルス
ルホネート等である。また、ＫｒＦエキシマレーザ（２
４８ｎｍ）用としては、ピリジン酸化物、ジアゾ化合物
等が有効である。なお、ｇ線用材料の構成を下記の（化
学式１）に示し、Ｉ線用材料の構成を下記の（化学式
２）に示す。
【００５１】
【化１】
【００５２】
【化２】 マスク４１０を用いて上記基板４２０を露光波長（λ）
にて露光すると、開口部４１３に対応する部位４２４が
ブリーチングを起こし、露光波長（λ）に対して透明と
なる。
【００５３】図７（ｂ）に示すように、第２のパターン
転写工程で用いるマスク（第２のマスク）４３０は、透
光性基板４３１の表面に遮光膜４３２を形成し、その一
部に最終的に所望となる孤立残しパターンに対応する開
口部（主パターン）４３３と、この開口部４３３と同じ
程度の線幅の開口部（補助パターン）４３４を形成して
構成される。
【００５４】開口部４３３による像が露光部４２４内に
形成されるようにマスク４３０と基板４２０をアライメ
ントしたのち露光する。すると、露光部４２４のみが露
光波長（λ）に対して透明であるため、所望の孤立パタ
ーンに対応する像強度分布のみがレジスト４２２に伝達
され、４２５の部位が感光する。他のパターン４３４か
らの像強度分布はセル層４２３でブロックされてレジス
ト層４２２に到達しないか、或いは到達しても微弱とな
る。
【００５５】次の工程は、図８（ａ）に示すように、現
像のための前工程である。セル層は通常水溶性であるた
め、水洗により容易にセル層が剥離できる。この後、ア
ルカリ現像液等にて現像処理を行うことにより、図８
（ｂ）に示すように、露光波長（λ）で感光したレジス
ト層４２２の部位４２５のみが残り、所望の孤立残しパ
ターンが形成できた。
【００５６】セル層として、アルカリ現像液に可溶なタ
イプもあるが、この場合は、セル層とレジスト層の溶解
を同時に行うことができる。また、セル層として有機溶
剤に可溶なタイプもあるが、この場合は上記の工程とし
て、有機溶剤によるセル層の剥離を行う。
【００５７】本実施例において、マスク４１０として、
遮光膜４１２の代わりにハーフトーン位相シフタを配置
した位相シフトマスクとしてもよい。また、自己整合型
位相シフトマスク等、他の位相シフトマスクでもよい。
また、マスク４３０として、開口部４３３或いは開口部
４３４のいずれかにシフタを設けたレベンソン型位相シ
フトマスクとしてもよい。
【００５８】また、本実施例では開口部４３３の隣に開
口部４３４を１本ずつ配置したが、これに限らず開口部
４３４を２本以上配置してもよいし、さらに開口部４３
３を取り囲むような開口部でもよい。開口部４３４は、
開口部４３３が孤立開口と見なせない程度に開口部４３
３の周囲に存在すべきである。またさらに、第１のパタ
ーン転写工程と第２のパターン転写工程における照明方
法として、輪帯照明又は光軸から外れた４つの領域から
照明する照明法に代表される斜め照明法を用いてもよ
い。
【００５９】本実施例において、ネガ型レジスト４２２
の代わりにポジ型レジストを用いれば、孤立抜きパター
ン及び孤立のコンタクトホールパターンが形成できる。
さらに、第２のパターン転写工程が終了した後、イメー
ジリバーサルの工程を行い、現像を行うと、レジストパ
ターンが反転して孤立残しパターンが形成できる。 （参考例４） この参考例は、光の偏光を利用することにより、同一の
マスクを用いて孤立残しパターンを形成するものであ
る。図９は本参考例に用いる露光用マスク及び感光基板
の構成を示す断面図、図１０は露光用マスクを用いた微
細パターン形成工程を示す断面図である。
【００６０】本参考例の露光用マスクは、図９（ａ）に
示すように構成されている。即ち、クオーツ（Ｓｉ
Ｏ２），ＭｇＦ2 ，ＣａＦ2 等の露光光に対して透明な
基板５１１上に、Ｃｒ，ＭｏＳｉ等の露光光に対して不
透明な遮光性膜からなるパターン５１２が形成されてい
る。孤立レジストパターンに対応する主開口５１４の近
傍に、主開口５１４の寸法と同程度の寸法の補助開口５
１５が設けられている。補助開口５１５上には、透過し
た露光光の電場の振動方向を規定する偏光性材料（例え
ば、ポリビニルアルコール又はセルロース等の鎖状高分
子化合物にヨウ化物の針状結晶を混合したもの）からな
る偏光層５１３が形成されている。図では紙面に対して
垂直方向の偏光成分のみが通過できる場合を図示してい
る。そして、主開口５１４を通過する露光光が、偏光層
５１３が形成された補助開口５１５を通過する露光光に
対して（２ｎ−１）πの位相差を生じせしめるように、
偏光層５１３の膜厚が決定されている（ｎは整数）。ま
た、図では偏光層５１３の単層にて（２ｎ−１）πの位
相差を生じせしめることとなっているが、偏光層５１３
の上下又は主開口５１４にＳｉＯ2 等、露光光に対して
透明な材料にて位相差を調整するための層を設けてもよ
い。
【００６１】図９（ｂ）は、本参考例において用いる被
露光基板の断面構造を示している。Ｓｉ基板５１６上に
レジスト５１７が塗布され、さらにその上にＣＥＬ材料
からなるＣＥＬ層５１８が塗布されている。ＣＥＬ材料
は露光光が照射されると、露光光透過率が大きくなる特
性を有するものであればよい。通常、レジスト層５１７
は１μｍ厚程度、ＣＥＬ層５１８は０．１〜０．５μｍ
程度である。
【００６２】次に、上記露光用マスクを用いた微細パタ
ーン形成方法について説明する。まず、図１０（ａ）に
示すように、第１のパターン転写工程では、紙面内に偏
光面を有する直線偏光光で露光する。すると、主開口５
１４は露光光が通過するが、偏光層５１３が配置されて
いる補助開口５１５では、露光光の偏光面と偏光膜の偏
光面が直交するため露光光は通過することができない。
従って、被露光基板上のＣＥＬ層５１８は図のクロスハ
ッチ部５２１が透明になる。
【００６３】次いで、図１０（ｂ）に示すように、第２
のパターン転写工程を行う。第２のパターン転写工程で
は、紙面に垂直に偏光した直線偏光光で露光する。そう
すると、主開口５１４は露光光が透過するし、偏光層５
１３が形成されている補助開口５１５でも、露光光の偏
光面と偏光膜の偏光面が一致するため露光光は通過す
る。
【００６４】ここで、第１の転写工程によって被露光基
板上のＣＥＬ層５１８は図のクロスハッチ部５２１が透
明になっているため、主開口５１４に対応するパターン
が位相シフト効果を伴って感光する。しかし、補助開口
５１５に対応する位置のＣＥＬ層５１８は感光していな
いため、補助開口５１５に対応するパターンの露光光は
吸収を受けて減衰する。従って、第２の転写工程によっ
て被露光基板上のレジスト５１７は図の網点部５２２が
感光する。
【００６５】図１０（ｃ）は第３の工程を示している。
第３の工程は現像工程である。水洗によってＣＥＬ層５
１８を取り去った後、レジスト５１７を現像する。図は
ネガ型レジストを使用した場合を示しているが、ポジ型
レジストを使用した場合には当然レジストパターンがポ
ジ・ネガ反転する。
【００６６】かくして本参考例によれば、図９に示すよ
うな補助開口５１５に偏光層５１３を形成した露光用マ
スクを用いることによって、実施例及び第１〜３の参考
例と同様に、Ｌ／Ｓパターンと同様に高解像で主パター
ンを転写することができ、しかも補助パターンの転写を
阻止することができる。また本参考例では、同じマスク
を用いて２回の露光を行うことができるので、露光用マ
スクを交換する必要がない。これは、２回の露光工程に
おける転写ずれを原理的になくすことになり、パターン
精度の向上により有効である。
【００６７】なお、上記参考例においては、偏光層５１
３を遮光層５１２の上に堆積した構造を示した。しか
し、この構造は本発明を限定するものではなく、他の構
造でも光学的に等価であれば構わない。さらに、第２の
パターン転写工程における光は必ずしも紙面に垂直に偏
光した直線偏光光である必要はなく、主開口５１４及び
補助開口５１５のそれぞれを透過する光であればよく、
自然光のような無偏光光であってもよい。また、本参考
例の露光用マスクを用いて、実施例及び第１〜３の参考
例に示したような微細パターン形成を行うことも可能で
ある。
【００６８】また、上記の実施例ではマスクパターンを
投影光学系を介して、光を用いて被露光基板に縮小転写
したが、これも本発明を限定するものではなく、投影光
学系を介さないプロキシミティ露光，密着露光に対して
も適用できる。また、本発明はＸ線を含んだ光を露光光
として用いた露光方法に対しても有効である。
【００６９】
【発明の効果】以上詳述したように本発明によれば、パ
ターン形成のための主パターンと同程度以上のパターン
を設けた第１のマスクと、パターン形成のための主パタ
ーンとその近傍に該パターンと同程度の大きさの補助パ
ターンを設けた第２のマスクとを用いた２回の転写工程
により、マスク製作上の困難を招くことなく、孤立パタ
ーンをＬ／Ｓパターンと同様の高解像度で露光すること
ができ、ＬＳＩパターンの形成に適した微細パターン形
成方法を実現することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】第１の参考例方法に係わる微細パターン形成工
程を示す図。
【図２】第１の参考例方法により形成されるレジストパ
ターンを示す図。
【図３】第２の参考例方法に係わる微細パターン形成工
程の前半を示す図。
【図４】第２の参考例方法に係わる微細パターン形成工
程の後半を示す図。
【図５】第３の参考例方法に係わる微細パターン形成工
程の前半を示す図。
【図６】第３の参考例方法に係わる微細パターン形成工
程の後半を示す図。
【図７】本発明の実施例方法に係わる微細パターン形成
工程の前半を示す図。
【図８】本発明の実施例方法に係わる微細パターン形成
工程の前半を示す図。
【図９】第４の参考例に係わる露光用マスクの断面構成
を示す図。
【図１０】第４の参考例に係わる微細パターン形成工程
を示す図。
【図１１】従来の縮小投影露光装置の概略構成を示す
図。
【図１２】光学像を形成するためのマスク構造及び露光
方法の典型的な例を示す図。
【図１３】孤立開口部の周辺に補助開口部を形成したマ
スクを用いてパターン転写する例を示す図。
【符号の説明】
１１０，２３０…第２のマスク １１１，１３１，２１１，２３１，３１１，３３１…透
光性基板 １１２…第１のマスクの遮光部（主パターン） １１３…第１のマスクの遮光部（補助パターン） １２０，２２０，３２０…感光性基板。 １２１，２２１．３２１…ウェハ １２２，２２２，２２３，３２２，３２３…レジスト １３０，２１０，３１０…第１のマスク １３２…第１のマスクの遮光部 ２１２，２３２，３１２，３３２…遮光膜 ２１３…開口部 ２３３，３３３…開口部（主パターン） ２３４，３３４…開口部（補助パターン）
フロントページの続き (56)参考文献 特開 平３−245145（ＪＰ，Ａ) 特公 昭50−9547（ＪＰ，Ｂ１) (58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名) G03F 1/00 - 1/16

Claims (2)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】マスクに形成された微細パターンを被露光
    基板上に転写する微細パターン形成方法において、 前記被露光基板上に、露光波長λに感光するレジスト層
    と、最上層に形成され露光波長λに対して不透明であ
    り、前記露光波長λに対してブリーチング効果が大き
    く、露光波長λの露光により前記露光波長λの透過率が
    向上する最上層膜との少なくとも２層を含む多層膜を形
    成する工程と、透光性基板上に形成された遮光膜の一部
    を開口して形成された主パターンと同程度以上の大きさ
    の開口部を有する第１のマスクを用いて前記最上層膜に
    対して前記露光波長λにより露光を行い、ブリーチング
    効果により該最上層膜の前記開口部の転写領域を前記露
    光波長λに対して透明化させる工程と、透光性基板上に
    形成された遮光膜の一部を開口して形成された主パター
    ンと、該主パターンの近傍に前記遮光膜の一部を開口し
    て形成された該主パターンと同程度の大きさの副開口部
    とを具備した第２のマスクを用い、前記レジスト層に対
    して前記露光波長λにより露光を行う工程と、前記最上
    層膜を除去する工程と、前記レジスト層を現像する工程
    とを含み、かつ第１のマスクの開口部の転写像と第２の
    マスクの主パターンの転写像が相互に重なるように位置
    決めしたことを特徴とする微細パターン形成方法。
  2. 【請求項２】第１及び第２のマスクとして位相シフトマ
    スクを用いるか、又は第１及び第２のマスクを用いた露
    光の際に斜め照明法を利用したことを特徴とする請求項
    １記載の微細パターン形成方法。
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