JP3243043B2 - パターン形成方法 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、半導体装置の製造工程
におけるパターン形成方法に係わり、特にマスクに形成
されたパターンを基板上に転写して所望パターンを形成
するパターン形成方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】近年、半導体技術の進歩と共に、半導体
装置ひいては半導体素子の高速化，高集積化が進められ
ている。それに伴い、パターンの微細化の必要性は益々
高くなり、パターン寸法も微細化，高精度化が要求され
るようになっている。この要求を満す目的で、露光光源
に遠紫外光など短波長の光が用いられるようになってき
た。しかし、次世代の露光光源に用いられようとしてい
るΚｒＦエキシマレーザの２４８ｎｍの発振線を用いた
プロセスは、レジスト材料として化学増幅型レジストが
開発されつつあるものの研究段階にあり、現時点での実
用化は未だ困難である。このように露光光源の波長を変
えた場合、材料開発から必要となるため実用化に至るま
でかなりの期間を要することになる。

【０００３】一方では、露光光源を変えずに微細化する
試みが成されてきている。その一つの手法として、位相
シフト法がある。この位相シフト法は、光透過部に部分
的に位相反転層を設け、隣接するパターンからの光の回
折の影響を除去し、パターン精度の向上をはかるもので
ある。位相シフト法にも幾つかの種類があり、隣接する
２つの光透過部の位相差を交互に１８０°設けることで
形成されるレベンソン型が特に知られている。

【０００４】しかし、位相シフト法ではパターンが３つ
以上隣接する場合に効果を発揮することが難しい。即
ち、２つのパターンの光位相差を１８０°とした場合、
もう一つのパターンは先の２つのパターンのうち一方と
同位相となり、その結果、位相差１８０°のパターン間
は解像するが、位相差０°のパターン間では非解像とな
るという問題がある。この問題を解決するためには、デ
バイス設計を根本から見直す必要があり、直ちに実用化
するのにかなりの困難を要する。

【０００５】位相シフト法を用い、且つデバイス設計変
更を必要としない手法として、ハーフトーン法がある。
一般的なハーフトーンマスクの原理を図１１に示す。ハ
ーフトーンマスクに具備されたマスクパターンは、透過
率を調整する吸収膜と透明な位相調整膜により形成さ
れ、露光光源に対し振幅透過率１〜３０％を有し、且つ
透過部に対し、マスクパターンを透過する光の位相差が
１８０±１０°となるように膜厚を調整したものであ
る。

【０００６】このような構造にすることで、光振幅分布
において一点鎖線で示すような干渉を生じさせ、像強度
分布においてパターン分離をはかるものである。なお、
特願平３−２９７４６１号によれば、吸収膜と位相調整
膜の２つの機能を同時に備えた半透明位相シフト膜の形
成も可能である。

【０００７】ところで、ハーフトーンマスクはエッジ部
分の解像性能が向上する反面、マスクパターンが光を透
過することに起因する現象、即ちポジレジストを用いた
場合にはレジストパターン中央部の膜減が、ネガレジス
トを用いた場合にはスペース部分での残膜が問題となっ
ていた。この問題を解決するため特願平３−３４６０４
２号に示すように、露光時に露光装置の２次光源半径Ｌ
に対し、光軸より半径０．５Ｌ〜０．８Ｌより内側の部
分を暗部として形成した輪帯絞りを介し照明する方法が
提案されている。

【０００８】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。図１２に示すように、ハーフト
ーン位相シフトマスクを介してウェハ上にマスクパター
ンを結像した場合において、ｉ線用レジスト（日本合成
ゴム社製ＰＥＲ−ＩＸ１５０）を膜厚１．２μｍで形成
したときの、焦点位置における輪帯遮蔽率に対する側壁
角度を示す。図１２で示されるように、輪帯遮蔽率が大
きくなるに従い側壁角度が急激に低下することが判る。
焦点位置における側壁角度の低下は、焦点深度の低下を
もたらしていた。

【０００９】

【発明が解決しようとする課題】このように従来、輪帯
照明技術を用いてパターン転写を行っても、輪帯遮蔽率
が大きくなるに従い側壁角度が急激に低下し、焦点深度
の低下を招く問題があった。そして、この焦点深度の低
下は転写パターンの精度低下につながる。

【００１０】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、輪帯照明技術を適用し
た場合における焦点深度の低下を抑制することができ、
露光精度の向上をはかり得るパターン形成方法を提供す
ることにある。

【００１１】

【課題を解決するための手段】本発明の骨子は、輪帯照
明技術を適用した場合において、各種マスクに対する最
適なレジストを用いることにある。

【００１２】即ち、本発明（請求項１）は、透光性基板
に遮光材料からなるマスクパターンを形成した露光用マ
スクを用い、基板上に形成された感光性樹脂膜に対して
露光を行うパターン形成方法において、前記感光性樹脂
膜のγ値が２．５以上のレジストを用い、且つ露光装置
の２次光源の半径Ｌに対し、光軸より半径０．５Ｌ〜
０．８Ｌより内側の部分を暗部として形成した輪帯照明
により前記露光を行うことを特徴とする。

【００１３】また、本発明（請求項２）は、透光性基板
に該基板に対する位相差が（１８０×（２ｎ＋１）±１
０：ｎ＝整数）°の関係を満たす位相シフトパターン部
を形成した露光用マスクを用い、基板上に形成された感
光性樹脂膜に対し露光を行うパターン形成方法におい
て、前記感光性樹脂膜のγ値が２．３以上のレジストを
用い、且つ露光装置の２次光源の半径Ｌに対し、光軸よ
り半径０．５Ｌ〜０．８Ｌより内側の部分を暗部として
形成した輪帯照明により前記露光を行うことを特徴とす
る。また、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。

【００１４】(1) 位相シフトパターン部は、透光性基板
に対する位相差が（１８０×（２ｎ＋１）±１０：ｎ＝
整数）°の関係を満たす、半透明材料からなるパターン
であること。

【００１５】(2) 半透明材料の透光性基板に対する振幅
透過率を２０±１５％となるように設定すること。とり
わけ振幅透過率を２０％とすることで輪帯照明時に瞳面
上における０次光と１次光乃至−１次光の強度を等しく
することができ、最も理想的な２光束干渉を生じさせる
ことができ焦点深度も飛躍的に向上させることを可能と
している。

【００１６】(3) 位相シフトパターン部は、透光性基板
に対する位相差が（１８０×（２ｎ＋１）±１０：ｎ＝
整数）°の関係を満たす、透明材料からなるパターンで
あること。

【００１７】(4) 位相シフトパターン部は、透光性基板
上に形成された遮光部と、この遮光部の周囲の部分的或
いは全体に形成され、隣接する開口部に対する位相差が
（１８０×（２ｎ＋１）±１０：ｎ＝整数）°の関係を
満たす透明材料からなること。

【００１８】

【作用】本発明者らは、レジストのγ値と焦点深度との
関係を調べるべく各種実験を行ったところ、次のような
事実を見出した。即ち、透光性基板上に遮光材料からな
るマスクパターンを形成した露光用マスクを用いた場
合、レジストのγ値が大きくなるほど焦点深度は大きく
なる。さらに、輪帯照明で０．５〜０．８Ｌを暗部とし
た場合、レジストのγ値が小さいと通常照明の場合より
も焦点深度は小さくなるが、γ値が２．５以上となると
通常照明よりも焦点深度が大きくなる。従って、γ値を
２．５以上とすることにより、輪帯照明技術を適用した
場合における焦点深度の低下を抑制することができ、露
光精度の向上をはかることが可能となる。

【００１９】また、透光性基板上に該基板に対する位相
差が（１８０×（２ｎ＋１）±１０：ｎ＝整数）°の関
係を満たす位相シフトパターン部を形成した露光用マス
クを用いた場合には、γ値が２．３以上となると通常照
明よりも焦点深度が大きくなる。従って、γ値を２．３
以上とすることにより、輪帯照明技術を適用した場合に
おける焦点深度の低下を抑制することができ、露光精度
の向上をはかることが可能となる。なお、レジストのγ
値は、露光量Ｅ1 ，Ｅ2 を与え、現像して得られる規格
化膜厚Ｔ1 ，Ｔ2 （規格化膜厚＝現像後膜厚／初期膜
厚）に対し、 ｒ＝−（Ｔ1 −Ｔ2 ）／（ｌｏｇ₁₀Ｅ1 −ｌｏｇ₁₀Ｅ2 ） で定義される。ここで、０．８＞Ｔ2 ，Ｔ2 ＞Ｔ1 ≧０
であり、本願ではＴ2 ＝０．５，Ｔ1 ＝０とした。

【００２０】

【実施例】実施例を説明する前に、本発明の基本原理に
ついて説明する。図５は、露光光源にｉ線を、露光装置
にＮＡ＝０．５、σ＝０．６を具備するものを用い、遮
光パターンから成るマスクに輪帯照明を適用した場合と
しない場合において、像コントラストより焦点深度を求
めたものである。図５より、輪帯照明を適用した場合で
大きな焦点深度が得られることが判る。

【００２１】また、図６にはハーフトーン型位相シフト
マスク（強度透過率５％）を用いた場合の同様の検討結
果を示す。ハーフトーン型位相シフトマスクの場合も、
輪帯照明を適用した場合で大きな焦点深度が得られるこ
とが分かった。これらの結果は像コントラスト、即ち使
用する残膜特性を反映するもので、残膜特性で判断する
限りにおいては輪帯照明を適用することで焦点深度の増
大がはかられると言える。

【００２２】焦点深度を決める要素は、上述の残膜特性
の他、エッチング等の後工程を考えた場合、側壁角度も
大変重要な判断基準となる。この基準として、側壁角度
を８１°以上であることを必要とし、この条件と残膜率
９０％を維持する条件より焦点深度を定める。この条件
により２種類のレジストについて評価した結果を次に示
す。

【００２３】図６に、実験により得られたハーフトーン
型位相シフトマスクを用い輪帯照明を適用した場合とし
ない場合におけるｉ線用通常レジストの焦点深度を示
す。この場合輪帯照明を適用することで大きな焦点深度
が得られた。図７に、ｉ線用カラーレジストに対しハー
フトーン型シフトマスクを用い輪帯照明を適用した場合
としない場合におけるｉ線用通常レジストの焦点深度を
示す。ここで得られた結果は、図６で得られた結果とは
大きく異なり、輪帯照明を適用することで焦点深度が低
下することを示している。また、図７で得られた焦点深
度は側壁角度の低下により決められていることが判明し
ている。

【００２４】図６と図７で焦点深度が大きく異なるの
は、図６では像コントラスト、即ち残膜特性より焦点深
度を求めており、一方図７では側壁角度より求めている
ことにある。輪帯照明露光では前記した図１２で示され
るように側壁角度の低下が見られ、焦点深度の議論も側
壁角度より行うことが妥当であると言える。側壁角度に
よる焦点深度の考察法について以下に述べる。

【００２５】以下、像プロファイル，レジスト残膜特性
より側壁角度を近似的の求める手法について述べる。側
壁角度を求める手順としては、像プロファイルよりパタ
ーンエッジ近傍（パターン断面横方向の微少変化量をΔ
ｘとする）における像強度の変化量ΔΕをまず求める。

【００２６】図８（ａ）にライン＆スペースパターンの
上面図を示す。この図をΑ−Α′で切断して得られる断
面図を（ｂ）に、またこのパターンに対応する像プロフ
ァイルを（ｃ）に示す。なお、この断面の横軸をｘ軸に
とることにする。図８（ｂ）のパターンエッジ部及びパ
ターンエッジ部より微少量Δｘだけ異なる部分の光強度
は、像強度プロファイル（ｃ）よりそれぞれΕ₀ 、Ε′
として与えられる。ここでΔΕを ΔＥ＝Ε′／Ε₀ … (1) と与えることにする。次に、光強度変化量ΔΕに相当す
る規格化膜厚の変化量ΔΤをレジスト残膜特性より見積
もる。

【００２７】図９に、レジスト残膜特性図を示す。図中
の横軸にはレジストの露光量の対数を、縦軸には規格化
膜厚（＝残膜厚／初期膜厚）を示す。レジストのγ値
は、露光量の対数に対する規格化膜厚のグラフが、規格
化膜厚＝０の直線となす角度θに対し、式（２）のよう
に定義される。 γ＝ｔａｎθ … (2) 微少量Δｘにおける光強度はΕ′であるから、規格化膜
厚＝０における露光量Ε₀ とγを用い、微少量Δｘにお
ける規格化膜厚ΔΤは ΔΤ＝−γ｛ｌｏｇ₁₀（Ε₀ ）−ｌｏｇ₁₀（Ε′）｝ … (3) で与えられる。式（３）をΔΕを用い ΔΤ＝−γ（ｌｏｇ₁₀（１／ΔΕ） … (4) と現すことができる。式（４）により得られたΔΤとΔ
ｘより側壁角度θは θ＝ｔａｎ^-1（ΔΤ′／Δｘ） … (5)

【００２８】として求められる。なお、式（４）は一位
的にΔΕが定まればΔΤはレジストのγ値に依存するこ
とを意味する。そこで、式（４）でγを可変にしてΔΤ
を求め、さらに式（５）にこれを代入し側壁角度θを求
めることで、レジストのγ特性に対する側壁角度で決ま
る焦点進度を求めた。なお、焦点深度の定義は、側壁角
度が８１°以上を維持し、且つ規格化膜厚が９０％以上
である範囲とした。

【００２９】図１は、透光性基板上に遮光材料からなる
マスクパターンを配設した露光用マスク（図１０
（ａ））を用い、任意のγ特性のレジストにパターン露
光を行った場合の焦点深度を、個々の輪帯遮蔽率におい
て求めたものである。ここで、輪帯遮蔽率＝０とあるの
は通常照明を示す。例えば、λ＝３６５ｎｍでＮＡ＝
０．５により０．５μｍパターンを得ようとした場合、
輪帯遮蔽率が０．５以上で且つ通常照明時以上の焦点深
度を得ようとした場合、γ特性２．５以上のレジストを
用いる必要があることが判る。また、デバイス作成上２
μｍ以上の焦点深度（規格化焦点深度１．３７）を必要
とする場合にはγ特性２．８以上のレジストを用いる必
要があることが判る。

【００３０】図２は、透光性基板に対する位相差が１８
０°の関係を満たし、開口部に対する振幅透過率として
２０％を有する透明材料からなるマスクパターンを具備
した露光用マスク（図１０（ｂ）〜（ｄ））ハーフトー
ン型マスク）を用い、任意のγ特性のレジストにパター
ン露光を行った場合の焦点深度を、個々の輪帯遮蔽率に
おいて求めたものである。ここで、輪帯遮蔽率＝０とあ
るのは通常照明を示す。輪帯遮蔽率が０．５以上で、且
つ通常照明時以上の焦点深度を得ようとした場合、γ特
性２．３以上のレジストを用いる必要があることがわか
る。なお、半透明膜の開口部に対する振幅透過率が１０
％乃至３０％の範囲において同様の結果を得た。また、
デバイス作成上２μｍ以上の焦点深度を必要とする場合
にはγ特性２．４５以上のレジストを用いる必要がある
ことが判る。

【００３１】なお、遮光部の周囲の部分或いは全体に、
隣接する開口部に対する位相差が１８０°の関係を満た
す透明材料からなる位相シフト部を具備した露光用マス
ク（図１０（ｅ）（ｆ））についても、ハーフトーン型
マスクと同様に輪帯遮蔽率が０．５以上で、且つ通常照
明時以上の焦点深度を得ようとして場合、γ特性２．３
以上のレジストを用いる必要があることが判る。また、
デバイス作成上２μｍ以上の焦点深度を必要とする場合
にはγ特性２．４５以上のレジストを用いる必要がある
ことが判った。

【００３２】さらに、透光性基板に対し、位相差が１８
０°の関係を満たす透明材料からなる位相シフトパター
ンを具備した露光用マスク（図１０（ｇ））について
も、ハーフトーン型マスクと同様に輪帯遮蔽率が０．５
以上で、且つ通常照明時以上の焦点深度を得ようとした
場合、γ特性２．３以上のレジストを用いる必要がある
ことが判る。また、デバイス作成上２μｍ以上の焦点深
度を必要とする場合にはγ特性２．４５以上のレジスト
を用いる必要があることが判った。

【００３３】以下、本発明の各実施例方法について説明
する。露光装置としては、図３に示すような縮小投影露
光装置を用いた。この装置では、水銀ランプｇ線を光源
１とし、コリメータ２で平行光線としたのち蠅の目レン
ズ３によって光線を均一化し、この結像位置を２次光源
４とし、ここに輪帯フィルタを設置する。そして、２次
光源４からの光をコンデンサレンズ５で集光してマスク
６に照射し、マスクを通過した光を瞳７及び投影レンズ
８を介してウェハ９上のレジスト膜表面に導くようにし
ている。 （実施例１）

【００３４】Ｓｉ基板上にγ特性２．０なる色素含有ポ
ジレジストを膜厚１．０μｍで塗布し、ベイキングを行
いレジスト膜を形成した。次いで、図３に示したような
ｉ線露光装置（ＮＡ＝０．５，σ＝０．６，輪帯遮蔽率
０．５）で、Ｃｒと酸化Ｃｒの２層膜より成る遮光パタ
ーンを有する露光用マスク（遮光マスク）を用いて露光
を行った。その後、現像処理を行ったところ、０．５μ
ｍパターンを焦点深度０．９μｍで形成することができ
た。なお、本レジストを用い輪帯照明露光を行わない場
合には焦点深度１．１μｍが得られており、輪帯照明露
光を行うことで焦点深度が低下することが確認された。

【００３５】これに対し、γ特性２．９なるポジレジス
トを膜厚１．０μｍで形成し、同様の光学系によりパタ
ーン転写を行い現像処理をしたところ、０．５μｍパタ
ーンを焦点深度２．０μｍを得ることができた。なお、
本レジストを用い輪帯照明露光を行わない場合には焦点
深度１．５μｍが得られており、輪帯照明露光を行うこ
とで焦点深度が向上することが確認された。

【００３６】また、γ特性２．５なるポジレジストを膜
厚１．０μｍで形成し、同様の光学系によりパターン転
写を行い現像処理をしたところ、０．５μｍパターンを
焦点深度１．６μｍを得ることができた。なお、本レジ
ストを用い輪帯照明露光を行わない場合には焦点深度
１．５μｍが得られており、輪帯照明露光を行っても焦
点深度が殆ど変化しないことが確認された。

【００３７】このように、遮光マスクを用い輪帯遮蔽率
０．５を適用した露光では通常照明露光と比較し、レジ
ストのγ特性２．５程度を境界に、それより低γレジス
トを用いた場合には焦点深度が低下し、それより高γ特
性のレジストを用いた場合には焦点深度が向上すること
が実験により確認された。 （実施例２）

【００３８】Ｓｉ基板上にγ特性２．０なる色素含有ポ
ジレジストを膜厚１．０μｍで塗布し、ベイキングを行
いレジスト膜を形成した。次いで、ｉ線露光装置（ＮＡ
＝０．５、σ＝０．６、輪帯遮蔽率０．６７）で、強度
透過率４．７％で、透明部に対し位相差１８０°と成る
ように調整された半透明膜を具備する露光用マスク（ハ
ーフトーンマスク）を用いて露光を行った。その後、現
像処理を行ったところ、０．５μｍパターンを焦点深度
０．８μｍで形成することができた。なお、本レジスト
を用い輪帯照明露光を行わない場合には焦点深度１．２
μｍが得られており、輪帯照明露光を行うことで焦点深
度が低下することが確認された

【００３９】これに対し、γ特性２．９なるポジレジス
トを膜厚１．０μｍで形成し同様の光学系によりパター
ン転写を行い現像処理をしたところ、図４に示すように
０．５μｍパターンで焦点深度２．３μｍを得ることが
できた。なお、本レジストを用い輪帯照明露光を行わな
い場合には焦点深度１．６μｍが得られており、輪帯照
明露光を行うことで焦点深度が飛躍的に向上することが
確認された。

【００４０】また、γ特性２．３なるポジレジストを膜
厚１．０μｍで形成し、同様の光学系によりパターン転
写を行い現像処理をしたところ、０．５μｍパターンを
焦点深度１．５μｍを得ることができた。なお、本レジ
ストを用い輪帯照明露光を行わない場合には焦点深度
１．１μｍが得られており、輪帯照明露光を行うことで
若干の焦点深度向上が確認された。

【００４１】このように、ハーフトーンマスクを用い、
輪帯遮蔽率０．６７を適用した露光では通常照明露光と
比較し、レジストのγ特性２．３程度を境界にそれより
低γレジストを用いた場合には焦点深度が低下し、それ
より高γ特性のレジストを用いた場合には焦点深度が向
上することが実験により確認された。 （実施例３）

【００４２】Ｓｉ基板上にγ特性２．０なる色素含有ポ
ジレジストを膜厚１．０μｍで塗布し、ベイキングを行
いレジスト膜を形成した。次いで、ｉ線露光装置（ＮＡ
＝０．５、σ＝０．６、輪帯遮蔽率０．６）でＣｒと酸
化Ｃｒの２層膜より成る遮光パターンの周囲に開口部と
は位相が１８０°異なるよう調整されたＳｉＯ₂ より成
る位相シフトパターンを具備した露光用マスク（位相シ
フトマスク）を介し露光を行った。その後、現像処理を
したところ、０．５μｍパターンを焦点深度１．１μｍ
で形成することができた。なお、本レジストを用い輪帯
照明露光を行わない場合には焦点深度１．１μｍが得ら
れており、輪帯照明露光を用いても焦点深度は殆ど変化
しなかった。

【００４３】これに対し、γ特性２．９なるポジレジス
トを膜厚１．０μｍで形成し、同様の光学系によりパタ
ーン転写を行い現像処理をしたところ、０．５μｍパタ
ーンを焦点深度２．２μｍを得ることができた。なお、
本レジストを用い輪帯照明露光を行わない場合には焦点
深度１．４μｍが得られており、輪帯照明露光を行うこ
とで焦点深度が飛躍的に向上することが確認された。

【００４４】また、γ特性２．３なるポジレジストを膜
厚１．０μｍで形成し、同様の光学系によりパターン転
写を行い現像処理をしたところ、０．５μｍパターンを
焦点深度１．３μｍを得ることができた。なお、本レジ
ストを用い輪帯照明露光を行わない場合には焦点深度
１．２μｍが得られており、輪帯照明露光を行うことで
若干の焦点深度向上が確認された。

【００４５】このように、位相シフトマスクを用い輪帯
遮蔽率０．６を適用した露光では通常照明露光と比較
し、レジストのγ特性２．３程度を境界にそれより低γ
レジストを用いた場合には焦点深度が低下し、それより
高γ特性のレジストを用いた場合には焦点深度が向上す
ることが実験により確認された。 （実施例４）

【００４６】Ｓｉ基板上にγ特性２．０なる色素含有ポ
ジレジストを膜厚１．０μｍで塗布し、ベイキングを行
いレジスト膜を形成した。次いで、ｉ線露光装置（ＮＡ
＝０．５、σ＝０．６、輪帯遮蔽率０．６）で開口部と
は位相が１８０°異なるよう調整されたＳｉＯ₂ より成
る位相シフトパターンを具備した露光用マスク（位相シ
フトマスク９を用いて露光を行った。その後、現像処理
を行ったところ、０．５μｍパターン（マスクパターン
はウェハ上０．３μｍに相当）を焦点深度０．９μｍで
形成することができた。なお、本レジストを用い輪帯照
明露光を行わない場合には焦点深度１．０μｍが得られ
ており、輪帯照明露光を用いた場合若干焦点深度は低下
した。

【００４７】これに対し、γ特性２．９なるポジレジス
トを膜厚１．０μｍで形成し、同様の光学系によりパタ
ーン転写を行い現像処理をしたところ、０．５μｍパタ
ーンで焦点深度２．１μｍを得ることができた。なお、
本レジストを用い輪帯照明露光を行わない場合には焦点
深度１．３μｍが得られており、輪帯照明露光を行うこ
とで焦点深度が飛躍的に向上することが確認された。

【００４８】また、γ特性２．３なるポジレジストを膜
厚１．０μｍで形成し、同様の光学系によりパターン転
写を行い現像処理をしたところ、０．５μｍパターンで
焦点深度１．２μｍを得ることができた。なお、本レジ
ストを用い輪帯照明露光を行わない場合には焦点深度
１．２μｍが得られており、輪帯照明露光を行っても焦
点深度は変化無かった。

【００４９】このように、位相シフトマスクを用い輪帯
遮蔽率０．６を適用した露光では通常照明露光と比較
し、レジストのγ特性２．３程度を境界にそれより低γ
レジストを用いた場合には焦点深度が低下し、それより
高γ特性のレジストを用いた場合には焦点深度が向上す
ることが実験により確認された。

【００５０】なお、本発明は上述した各実施例に限定さ
れるものではない。実施例では色素含有ポジ型レジスト
を用いたが、これに限らず遮光パターンを有する露光用
マスクの場合はγ値が２．５以上、位相シフトパターン
部を有する露光用マスクの場合は２．３以上のものであ
れば使用することができる。さらに、ポジ型に限らずネ
ガ型を用いることも可能である。また、露光装置は図３
に何等限定されるものではなく、輪帯照明方式の各種装
置を使用することが可能である。その他、本発明の要旨
を逸脱しない範囲で、種々変形して実施することができ
る。

【００５１】

【発明の効果】以上説明したように本発明によれば、輪
帯遮蔽率０．５〜０．８を２次光源として露光する場
合、遮光材料からなるマスクパターンとを具備した露光
用マスクを用いた場合、２．５以上のγ値を有するレジ
ストを用いることで、また、透光性基板に対する位相差
が（１８０×（２ｎ＋１）±１０：ｎ＝整数）°の関係
を満たす位相シフトパターン部を設けた露光用マスクを
用いた場合、２．３以上のγ値を有するレジストを用い
ることで、通常照明露光により得られる焦点深度より大
きな焦点深度を得ることが可能となる。

【図面の簡単な説明】

【図１】遮光マスクを用いた場合のレジストのγ値と焦
点深度の関係を示す特性図。

【図２】ハーフトーンマスクを用いた場合のレジストの
γ値と焦点深度の関係を示す特性図。

【図３】実施例に用いた縮小投影露光装置の光学系構成
を示す図。

【図４】γ特性２．９なるレジストに輪帯照明を適用し
た場合のパターン寸法と焦点深度との関係を示す特性
図。

【図５】遮光パターンからなるマスクを用いた場合のパ
ターン寸法と焦点深度との関係を示す特性図。

【図６】像コントラストから求めた、ハーフトーンマス
クを用いた場合のパターン寸法と焦点深度との関係を示
す特性図。

【図７】側壁角度より求めた、ハーフトーンマスクを用
いた場合のパターン寸法と焦点深度との関係を示す特性
図。

【図８】像強度分布より側壁角度を求める手法を説明す
るための模式図。

【図９】露光量に対するレジストの規格化膜厚（残膜特
性）を示す特性図。

【図１０】露光用マスクの各種種類を示す模式図。

【図１１】遮光マスクとハーフトーンマスクの原理を説
明するための模式図。

【図１２】ハーフトーンマスクに輪帯照明を適用したと
きの側壁角度の低下を説明するための図。

【符号の説明】

１…光源 ２…コリメータ ３…蠅の目レンズ ４…２次光源 ５…コンデンサレンズ ６…マスク ７…瞳 ８…投影レンズ ９…ウェハ

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 平４−179958（ＪＰ，Ａ) 特開 平３−177014（ＪＰ，Ａ) 特開 昭53−107276（ＪＰ，Ａ) 特開 平４−324864（ＪＰ，Ａ) 特開 平４−179213（ＪＰ，Ａ) 特開 平５−181256（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) H01L 21/027

Claims (2)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】透光性基板上に遮光材料からなるマスクパ
   ターンを形成した露光用マスクを用い、基板上に形成さ
   れた感光性樹脂膜に対して露光を行うパターン形成方法
   において、 前記感光性樹脂膜のγ値が２．５以上のレジストを用
   い、且つ 露光装置の２次光源の半径Ｌに対し、光軸より
   半径０．５Ｌ〜０．８Ｌより内側の部分を暗部として形
   成した輪帯照明によって前記露光を行うことを特徴とす
   るパターン形成方法。
2. 【請求項２】透光性基板上に該基板に対する位相差が
   （１８０×（２ｎ＋１）±１０：ｎ＝整数）°の関係を
   満たす位相シフトパターン部を形成した露光用マスクを
   用い、基板上に形成された感光性樹脂膜に対し露光を行
   うパターン形成方法において、 前記感光性樹脂膜のγ値
   が２．３以上のレジストを用い、且つ露光装置の２次光
   源の半径Ｌに対し、光軸より半径０．５Ｌ〜０．８Ｌよ
   り内側の部分を暗部として形成した輪帯照明によって前
   記露光を行うことを特徴とするパターン形成方法。