JP3421466B2 - レジストパターン形成方法 - Google Patents
レジストパターン形成方法Info
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- Exposure Of Semiconductors, Excluding Electron Or Ion Beam Exposure (AREA)
Description
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、レジストパターン形成
方法に係わり、特に２回の露光によって微細なレジスト
パターンを形成するレジストパターン形成方法に関す
る。 【０００２】 【従来の技術】半導体デバイスでは、例えばダイナミッ
クＲＡＭのようにパターンの微細化が進み、光学式の露
光装置ではパターン解像度の限界に近付いている。そこ
で、露光装置の光源の短波長化やレジスト材料の改良だ
けでは十分ではなく、マスクや投影光学系、さらにはレ
ジストプロセスにも工夫を施すことによって、解像度や
焦点深度の向上を図る研究開発が活発に行われている。 【０００３】従来の技術を図７、図８及び図４を用いて
説明する。マスクに対する工夫の代表的な例は、マスク
を透過する光の一部に位相差を与える位相シフト法であ
る。これは、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るというものである。 【０００４】マスク上の隣接する２箇所の透明部分を通
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, N
o.12,p.1828(1982)）における（Marc D.Levenson ）等
による（Improving Resolutionin Photolithography wi
th a Phase-Shift Mask）と題する文献において論じら
れている。 【０００５】この文献で提案しているマスクでは、マス
ク基板上にパターンの原画となる遮光部を設け、隣接す
る透過部上の一方に照射光の位相を反転させる層（以
下、位相シフタと称す）を設けている。この位相シフタ
の条件としては、膜厚をｄ、屈折率をｎ、露光波長をλ
とすると、 ｄ＝λ／｛２（ｎ−１）｝ の関係が必要である。このような位相シフタを通過した
光は透過光と逆位相であるため、パターン境界部で光強
度が零となり、パターンが分離し解像度が向上する。 【０００６】上記の位相シフトマスクは、無限に連なる
周期パターンに対しては何等問題ないが、周期パターン
の端や孤立パターンにはそのまま適用できない。この場
合、周期パターンの端や孤立パターンでは解像しない程
度の開口寸法を持つ位相シフタ部分、いわゆる補助シフ
タと呼ばれるパターンを周期パターンの端や孤立パター
ンの周囲に設けたマスクを用いることによって、又は通
常のＣｒ遮光部を透過部分とは１８０度の位相差を与え
るような半透明位相シフタに置き換えたハーフトーン位
相シフトマスクを用いることによって、解像度及び焦点
深度の向上を図ってきた。 【０００７】図７（ａ）（ｂ）に、孤立パターンの脇に
補助パターンを用いた場合の従来例を示す。孤立パター
ンを形成するために、主パターン開口部７３ａの脇に補
助パターン開口部７３ｂを設けたマスク７３を用いて、
被エッチング基板７１上に形成されたレジスト７２を露
光光７４で露光する。このとき、７５が主パターン開口
部７２ａに対する露光部となる（ａ）。その後、現像す
ることによって孤立パターン７６が形成される（ｂ）。 【０００８】主パターン開口部７２ａを通過した光と補
助開口部７３ｂを通過した光とは互いに位相が１８０度
ずれており、主パターンによる像の裾がシャープにな
る。このことによって、孤立パターンの解像度及び焦点
深度向上を図ってきた。このとき、マスク７３上の補助
パターン開口部７３ｂの寸法は、レジスト７２に補助パ
ターンによる像が解像しない程度に細くする必要があ
る。 【０００９】しかしながら、補助パターンによる像がレ
ジストに解像しないような補助シフタの開口寸法は、デ
ザインルールで要求される最小線幅よりもかなり小さく
しなければならないため、マスク製作上の著しい困難が
生じる。また、レジストに解像しないような補助シフタ
を設けて露光を行った場合、補助シフタの開口寸法が小
さいために焦点深度向上効果はあまり大きくなかった。 【００１０】図４に、補助シフタを設けたマスクを用い
て孤立パターンを形成した場合の線幅と焦点深度との関
係を示す。露光光はＫｒＦエキシマレーザ、投影光学系
の開口数は０．６である。投影光学系のレンズの収差や
レジストの膜厚等を考慮すると、実際のプロセスで必要
な焦点深度は１μｍ程度以上である。焦点深度が１μｍ
以上確保できる最小の線幅を限界解像度とすると、補助
シフタを設けたマスクを用いた場合には０．１９μｍと
なる。 【００１１】図８（ａ）（ｂ）に、通常のＣｒ遮光膜を
ハーフトーン位相シフト膜に置き換えたマスクによる従
来の孤立パターンの形成方法を示す。孤立パターンを形
成するために、通常Ｃｒ遮光膜の替わりにハーフトーン
位相シフト膜で形成したマスク８３を用いて、露光光８
４で露光する。このとき、８５がマスク８３のパターン
開口部に対する露光部となる（ａ）。 【００１２】その後、現像することによって孤立パター
ン８６が形成される。開口部を通過した光とハーフトー
ン位相シフト膜を通過する光とは位相が互いに１８０度
ずれており、開口部の像の裾が抑えられシャープにな
る。このことによって、解像度及び焦点深度向上を図っ
てきた。しかしながら、ハーフトーン膜が不透明でない
ことによるリップルが開口部の像の脇にできてしまい、
焦点深度向上効果はあまり大きくなかった。 【００１３】 【発明が解決しようとする課題】このように従来、光学
式の露光方法によって限界解像度付近の細い線幅を持つ
孤立したパターンを形成するために補助シフタを所望す
るパターンの脇に設けたマスク、又はハーフトーン位相
シフタを用いたマスクを用いる場合には、十分な焦点深
度を確保するための補助シフタ開口寸法又はハーフトー
ン膜の透過率で露光を行うと、サイドパターンが転写さ
れてしまい、それぞれのマスクを用いることによる十分
な効果を引き出すことができなかった。 【００１４】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、孤立パターン及び周期
パターンの端のパターンを周期パターンの内部のパター
ンと同程度の解像度及び焦点深度を持って形成すること
のできるレジストパターン形成方法を提供することにあ
る。 【００１５】 【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。即ち本発
明は、微細なレジストパターンを形成するためのレジス
トパターン形成方法において、被露光基板上に第１のレ
ジスト層を形成する工程と、位相シフト効果を利用した
周期パターンを有する第１のマスクを用いて第１のレジ
スト層にパターンを転写し、第１のレジスト層に現像液
に対する不溶部と可溶部を形成する工程と、第１のレジ
スト層に対して現像処理を施すことなく、第１のレジス
ト層上に第１のレジスト層とは露光波長に対する感光特
性が異なる第２のレジスト層を形成する工程と、第１の
マスクよりもパターン幅の広い孤立パターンを有する第
２のマスクを用い、第２のマスクの孤立パターンが第１
のマスクの周期パターンの１つを含むように第２のレジ
スト層にパターンを転写し、第２のレジスト層に現像液
に対する不溶部と可溶部を形成する工程と、第１及び第
２のレジスト層に対し同時に現像処理を施し、各レジス
ト層の可溶部を除去する工程とを含み、第１のマスクの
周期パターンで規定される孤立のパターンを形成するこ
とを特徴とする。 【００１６】 【００１７】 【００１８】 【００１９】 【作用】本発明によれば、第１のレジストに例えば周期
パターンを露光した後、その上に第２のレジストを再び
塗布し、周期パターンよりも寸法の大きい孤立パターン
を露光し、しかるのちに現像を行うことにより、周期パ
ターンと孤立パターンの両方の可溶部のみ、即ち周期パ
ターンの一つのみが形成されることになる。従って、周
期パターンと同程度の解像度及び焦点深度を持つ孤立の
抜きパターンを形成することが可能となる。 【００２０】ここで、第１及び第２のレジストが共にポ
ジ型の場合、各々のレジストの両方の露光部（可溶部）
のみを現像により除去することにより孤立抜きパターン
が得られる。また、第１の及び第２のレジストが共にネ
ガ型の場合、各々のレジストの両方の未露光部（可溶
部）のみを現像により除去することにより孤立抜きパタ
ーンが得られる。さらに、第１及び第２のレジストの一
方をポジ型、他方をネガ型としても、各々のレジストの
両方の可溶部のみを現像により除去することにより孤立
抜きパターンが得られる。 【００２１】 【００２２】 【００２３】 【実施例】以下、本発明の実施例を図面を参照して説明
する。 （実施例１）図１は、本発明の第１の実施例に係わるレ
ジストパターン形成工程を示す断面図である。 【００２４】まず、図１（ａ）に示すように、被露光基
板１１上に第１のレジストとしてＫｒＦエキシマレーザ
用ポジ型レジスト１２を塗布する。そして、周期パター
ンを設けたレベンソン型位相シフトマスク１３（第１の
マスク）を用いてＫｒＦエキシマレーザ光１４で露光す
る。ここで、１２ａ，１２ｃは露光部、１２ｂは未露光
部である。また、１３ａは位相シフタである。 【００２５】次いで、図１（ｂ）に示すように、第１の
レジスト１２上に第２のレジストとしてｉ線用ポジ型レ
ジスト１５を塗布し、少なくとも第１のマスク１３で露
光されたパターンのうち不要なパターン１２ｃに対応す
る部分が遮光部である第２のマスク１６を用いてｉ線１
７で露光する。このとき、第１のレジスト１２はｉ線領
域に感度を持たないのでｉ線露光の際に感光剤の濃度は
変化しない。ここで、１５ａは露光部、１５ｂは未露光
部である。 【００２６】次いで、現像を行うと未露光部１２ｂ及び
１５ｂが不要パターン部分１２ｃが現像液に溶解するの
を防いでおり、図１（ｃ）に示すように、不要なパター
ン１２ｃを除く露光部１５ａ及び１２ａが取り除かれ、
周期パターンと同程度の解像度と焦点深度を持つ孤立し
た孔又は溝１８が被露光基板上１１に形成された。 【００２７】なお、本実施例では、第１のレジスト１２
及び第２レジスト１５は共にポジ型レジストを用いた
が、それぞれにネガ型レジストを用いてもよい。但し、
このときにはマスクも遮光部と透過部を反転させなけれ
ばならない。さらに、一方のみをネガ型にしてもよい。
また、露光光にはＫｒＦとｉ線を用いたが、これに限定
されるものではなく、それぞれＡｒＦ光とＫｒＦ光を用
いる場合などに拡張できる。 （実施例２）図２は、本発明の第２の実施例に係わるレ
ジストパターン形成工程を示す断面図である。 【００２８】まず、図２（ａ）に示すように、被露光基
板２１上に第１のレジストとしてＫｒＦエキシマレーザ
用ポジ型レジスト２２を塗布し、所望する孔又は溝の寸
法よりも大きい寸法の遮光部を持つマスク２３を用い
て、ＫｒＦエキシマレーザ光２４で露光を行う。 【００２９】次いで、図２（ｂ）に示すように、露光部
の上層部をシリル化することによって現像液に対する不
溶化層２５を形成する。次いで、図２（ｃ）に示すよう
に、１回目の露光で未露光であった領域２６に所望する
孔又は溝と同一寸法の周期パターンが設けられたレベン
ソン型位相シフトマスク２７を用いて、ＫｒＦエキシマ
レーザ光２８で露光する。ここで、２６ａは露光部、２
６ｂは未露光部、２７ａは位相シフタである。 【００３０】次いで、現像を行うとシリル化によって形
成された不溶化層２５及び未露光部２６ｂが領域２６以
外の露光部の現像液による溶解を防ぎ、図２（ｄ）に示
すように、露光部２６ａだけが取り除かれ、周期パター
ンと同程度の解像度と焦点深度を持つ孤立した孔又は溝
２９が被露光基板上２１に形成された。 【００３１】なお、本実施例では露光光としてＫｒＦと
ｉ線を用いたが、これに限定されるものではなく、それ
ぞれＡｒＦ光とＫｒＦ光を用いる場合などに拡張でき
る。 （実施例３）図３は、本発明の第３の実施例に係わるレ
ジストパターン形成工程を示す断面図である。 【００３２】まず、図３（ａ）に示すように、被エッチ
ング基板３１上に第１のレジストとしてＫｒＦエキシマ
レーザ用ポジ型レジスト３２を塗布し、次いで不溶化防
止膜３３を塗布する。続いて、所望する孔又は溝の寸法
よりも大きい寸法の遮光部を持つマスク３４を用いて、
ＫｒＦエキシマレーザ光３５で露光を行う。 【００３３】次いで、図３（ｂ）に示すように、不溶化
防止膜３３を剥離し、露光部の上層をシリル化等により
不溶化させ不溶化層３６を形成する。次いで、図３
（ｃ）に示すように、１回目の露光で未露光であった領
域３７に所望する孔又は溝と同一寸法の周期パターンが
設けられたレベンソン型位相シフトマスク３８を用い
て、ＫｒＦエキシマレーザ光３９で露光する。ここで、
３７ａが露光部、３７ｂが未露光部、３８ａは位相シフ
タである。 【００３４】次いで、現像を行うと不溶化層３６及び未
露光部３７ｂが領域３７以外の露光部の現像液による溶
解を防ぎ、図３（ｄ）に示すように、露光部３７ａだけ
が取り除かれ、周期パターンと同程度の解像度と焦点深
度を持つ孤立した孔又は溝３１０が被エッチング基板上
３１に形成された。 【００３５】本実施例においても、露光光はＫｒＦとｉ
線を用いたがこれに限定されるものではなく、それぞれ
ＡｒＦ光とＫｒＦ光を用いる場合などに拡張できる。図
４に、第１〜第３の実施例で孤立パターンを形成する場
合の、線幅と焦点深度の関係を示す。露光光はＫｒＦエ
キシマレーザ、投影光学系の開口数は０．６とし、１０
％の露光量変動があっても仕上がり寸法が所望寸法の±
１０％以内に収まるデフォーカスレンジをＤＯＦとして
算出したものである。 【００３６】投影光学系のレンズの収差やレジストの膜
厚等を考慮すると、実際のプロセスで必要な焦点深度は
１μｍ程度以上である。焦点深度が１μｍ以上確保でき
る最小の線幅を限界解像度をすると、第１〜第３の実施
例では０．１３μｍとなる。従って、線幅０．１３μｍ
までの加工が可能となった。 （実施例４）図５は、本発明の第４の実施例に係わるレ
ジストパターン形成工程を示す断面図である。 【００３７】まず、図５（ａ）に示すように、被エッチ
ング基板５１上に第１のレジストとして、図６に示すよ
うに露光量に応じてポジ型からネガ型に変換するＫｒＦ
エキシマレーザ用レジスト５２を塗布し、所望する孔又
は溝の所望寸法Ｌよりも大きい寸法Ｗの遮光部を持つマ
スク５３を用いて、ＫｒＦエキシマレーザ光５４で露光
を行う。 【００３８】次いで、図５（ｂ）に示すように、未露光
部の上層部をシリル化することによって現像液に対する
不溶化層５５を形成する。このとき、寸法Ｌ及びＷを与
えるエッジ照射光強度をそれぞれＥL ，ＥW とし、光架
橋結合によりシリコン化合物の拡散が抑えられ始める臨
界照射光強度をＥS とすれば、ＥW ＜ＥS ＜ＥL が必要
である。 【００３９】次いで、図５（ｃ）に示すように、１回目
の露光での露光部５６を再度、マスク５７を用いて、Ｋ
ｒＦエキシマレーザ光５８で露光する。このとき、レジ
スト５２が不溶化する照射光強度をＥ1 〜Ｅ1 ′、残膜
が零になる臨界光強度をＥ0′とし、２回目の露光での
総照射光強度で寸法Ｌ及びＷを与えるエッジをそれぞれ
ＷL ′，ＥW ′とすれば、Ｅ1 ＜ＥW ′＜Ｅ1 ′及びＥ
L ′＝Ｅ0 ′が必要である。ここで、５６ａはＥ0 ′よ
り大きな光強度が与えられる強露光部、５６ｂはＥ0 か
らＥ0 ′までの光強度が与えられる弱露光部である。 【００４０】次いで、現像を行うと、シリル化によって
形成された不溶化層５５及び弱露光部（不溶化部）５６
ｂによって未露光部の現像液による溶解を防ぎ、図５
（ｄ）に示すように、露光部５６ａだけが取り除かれ孤
立した孔又は溝５９が被エッチング基板上５１に形成さ
れた。 【００４１】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。周期パターンを設けるマスクには、
通常のクロムマスク又はハーフトーン位相シフトマスク
を用いてもよい。用いた周期パターンマスクの限界解像
度付近ではコントラストが低下するために、各種変形照
明や瞳フィルタリング法などとの組み合わせも可能であ
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。 【００４２】 【発明の効果】以上詳述したように、本発明の微細レジ
ストパターン形成方法によれば、マスク上の周期パター
ンの不要なパターンをレジスト上でマスキングすること
によって選択的に現像を行い、周期パターンと同程度の
解像度及び焦点深度を持つ孤立した孔又は溝のパターン
の形成が可能になる。
方法に係わり、特に２回の露光によって微細なレジスト
パターンを形成するレジストパターン形成方法に関す
る。 【０００２】 【従来の技術】半導体デバイスでは、例えばダイナミッ
クＲＡＭのようにパターンの微細化が進み、光学式の露
光装置ではパターン解像度の限界に近付いている。そこ
で、露光装置の光源の短波長化やレジスト材料の改良だ
けでは十分ではなく、マスクや投影光学系、さらにはレ
ジストプロセスにも工夫を施すことによって、解像度や
焦点深度の向上を図る研究開発が活発に行われている。 【０００３】従来の技術を図７、図８及び図４を用いて
説明する。マスクに対する工夫の代表的な例は、マスク
を透過する光の一部に位相差を与える位相シフト法であ
る。これは、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るというものである。 【０００４】マスク上の隣接する２箇所の透明部分を通
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, N
o.12,p.1828(1982)）における（Marc D.Levenson ）等
による（Improving Resolutionin Photolithography wi
th a Phase-Shift Mask）と題する文献において論じら
れている。 【０００５】この文献で提案しているマスクでは、マス
ク基板上にパターンの原画となる遮光部を設け、隣接す
る透過部上の一方に照射光の位相を反転させる層（以
下、位相シフタと称す）を設けている。この位相シフタ
の条件としては、膜厚をｄ、屈折率をｎ、露光波長をλ
とすると、 ｄ＝λ／｛２（ｎ−１）｝ の関係が必要である。このような位相シフタを通過した
光は透過光と逆位相であるため、パターン境界部で光強
度が零となり、パターンが分離し解像度が向上する。 【０００６】上記の位相シフトマスクは、無限に連なる
周期パターンに対しては何等問題ないが、周期パターン
の端や孤立パターンにはそのまま適用できない。この場
合、周期パターンの端や孤立パターンでは解像しない程
度の開口寸法を持つ位相シフタ部分、いわゆる補助シフ
タと呼ばれるパターンを周期パターンの端や孤立パター
ンの周囲に設けたマスクを用いることによって、又は通
常のＣｒ遮光部を透過部分とは１８０度の位相差を与え
るような半透明位相シフタに置き換えたハーフトーン位
相シフトマスクを用いることによって、解像度及び焦点
深度の向上を図ってきた。 【０００７】図７（ａ）（ｂ）に、孤立パターンの脇に
補助パターンを用いた場合の従来例を示す。孤立パター
ンを形成するために、主パターン開口部７３ａの脇に補
助パターン開口部７３ｂを設けたマスク７３を用いて、
被エッチング基板７１上に形成されたレジスト７２を露
光光７４で露光する。このとき、７５が主パターン開口
部７２ａに対する露光部となる（ａ）。その後、現像す
ることによって孤立パターン７６が形成される（ｂ）。 【０００８】主パターン開口部７２ａを通過した光と補
助開口部７３ｂを通過した光とは互いに位相が１８０度
ずれており、主パターンによる像の裾がシャープにな
る。このことによって、孤立パターンの解像度及び焦点
深度向上を図ってきた。このとき、マスク７３上の補助
パターン開口部７３ｂの寸法は、レジスト７２に補助パ
ターンによる像が解像しない程度に細くする必要があ
る。 【０００９】しかしながら、補助パターンによる像がレ
ジストに解像しないような補助シフタの開口寸法は、デ
ザインルールで要求される最小線幅よりもかなり小さく
しなければならないため、マスク製作上の著しい困難が
生じる。また、レジストに解像しないような補助シフタ
を設けて露光を行った場合、補助シフタの開口寸法が小
さいために焦点深度向上効果はあまり大きくなかった。 【００１０】図４に、補助シフタを設けたマスクを用い
て孤立パターンを形成した場合の線幅と焦点深度との関
係を示す。露光光はＫｒＦエキシマレーザ、投影光学系
の開口数は０．６である。投影光学系のレンズの収差や
レジストの膜厚等を考慮すると、実際のプロセスで必要
な焦点深度は１μｍ程度以上である。焦点深度が１μｍ
以上確保できる最小の線幅を限界解像度とすると、補助
シフタを設けたマスクを用いた場合には０．１９μｍと
なる。 【００１１】図８（ａ）（ｂ）に、通常のＣｒ遮光膜を
ハーフトーン位相シフト膜に置き換えたマスクによる従
来の孤立パターンの形成方法を示す。孤立パターンを形
成するために、通常Ｃｒ遮光膜の替わりにハーフトーン
位相シフト膜で形成したマスク８３を用いて、露光光８
４で露光する。このとき、８５がマスク８３のパターン
開口部に対する露光部となる（ａ）。 【００１２】その後、現像することによって孤立パター
ン８６が形成される。開口部を通過した光とハーフトー
ン位相シフト膜を通過する光とは位相が互いに１８０度
ずれており、開口部の像の裾が抑えられシャープにな
る。このことによって、解像度及び焦点深度向上を図っ
てきた。しかしながら、ハーフトーン膜が不透明でない
ことによるリップルが開口部の像の脇にできてしまい、
焦点深度向上効果はあまり大きくなかった。 【００１３】 【発明が解決しようとする課題】このように従来、光学
式の露光方法によって限界解像度付近の細い線幅を持つ
孤立したパターンを形成するために補助シフタを所望す
るパターンの脇に設けたマスク、又はハーフトーン位相
シフタを用いたマスクを用いる場合には、十分な焦点深
度を確保するための補助シフタ開口寸法又はハーフトー
ン膜の透過率で露光を行うと、サイドパターンが転写さ
れてしまい、それぞれのマスクを用いることによる十分
な効果を引き出すことができなかった。 【００１４】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、孤立パターン及び周期
パターンの端のパターンを周期パターンの内部のパター
ンと同程度の解像度及び焦点深度を持って形成すること
のできるレジストパターン形成方法を提供することにあ
る。 【００１５】 【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。即ち本発
明は、微細なレジストパターンを形成するためのレジス
トパターン形成方法において、被露光基板上に第１のレ
ジスト層を形成する工程と、位相シフト効果を利用した
周期パターンを有する第１のマスクを用いて第１のレジ
スト層にパターンを転写し、第１のレジスト層に現像液
に対する不溶部と可溶部を形成する工程と、第１のレジ
スト層に対して現像処理を施すことなく、第１のレジス
ト層上に第１のレジスト層とは露光波長に対する感光特
性が異なる第２のレジスト層を形成する工程と、第１の
マスクよりもパターン幅の広い孤立パターンを有する第
２のマスクを用い、第２のマスクの孤立パターンが第１
のマスクの周期パターンの１つを含むように第２のレジ
スト層にパターンを転写し、第２のレジスト層に現像液
に対する不溶部と可溶部を形成する工程と、第１及び第
２のレジスト層に対し同時に現像処理を施し、各レジス
ト層の可溶部を除去する工程とを含み、第１のマスクの
周期パターンで規定される孤立のパターンを形成するこ
とを特徴とする。 【００１６】 【００１７】 【００１８】 【００１９】 【作用】本発明によれば、第１のレジストに例えば周期
パターンを露光した後、その上に第２のレジストを再び
塗布し、周期パターンよりも寸法の大きい孤立パターン
を露光し、しかるのちに現像を行うことにより、周期パ
ターンと孤立パターンの両方の可溶部のみ、即ち周期パ
ターンの一つのみが形成されることになる。従って、周
期パターンと同程度の解像度及び焦点深度を持つ孤立の
抜きパターンを形成することが可能となる。 【００２０】ここで、第１及び第２のレジストが共にポ
ジ型の場合、各々のレジストの両方の露光部（可溶部）
のみを現像により除去することにより孤立抜きパターン
が得られる。また、第１の及び第２のレジストが共にネ
ガ型の場合、各々のレジストの両方の未露光部（可溶
部）のみを現像により除去することにより孤立抜きパタ
ーンが得られる。さらに、第１及び第２のレジストの一
方をポジ型、他方をネガ型としても、各々のレジストの
両方の可溶部のみを現像により除去することにより孤立
抜きパターンが得られる。 【００２１】 【００２２】 【００２３】 【実施例】以下、本発明の実施例を図面を参照して説明
する。 （実施例１）図１は、本発明の第１の実施例に係わるレ
ジストパターン形成工程を示す断面図である。 【００２４】まず、図１（ａ）に示すように、被露光基
板１１上に第１のレジストとしてＫｒＦエキシマレーザ
用ポジ型レジスト１２を塗布する。そして、周期パター
ンを設けたレベンソン型位相シフトマスク１３（第１の
マスク）を用いてＫｒＦエキシマレーザ光１４で露光す
る。ここで、１２ａ，１２ｃは露光部、１２ｂは未露光
部である。また、１３ａは位相シフタである。 【００２５】次いで、図１（ｂ）に示すように、第１の
レジスト１２上に第２のレジストとしてｉ線用ポジ型レ
ジスト１５を塗布し、少なくとも第１のマスク１３で露
光されたパターンのうち不要なパターン１２ｃに対応す
る部分が遮光部である第２のマスク１６を用いてｉ線１
７で露光する。このとき、第１のレジスト１２はｉ線領
域に感度を持たないのでｉ線露光の際に感光剤の濃度は
変化しない。ここで、１５ａは露光部、１５ｂは未露光
部である。 【００２６】次いで、現像を行うと未露光部１２ｂ及び
１５ｂが不要パターン部分１２ｃが現像液に溶解するの
を防いでおり、図１（ｃ）に示すように、不要なパター
ン１２ｃを除く露光部１５ａ及び１２ａが取り除かれ、
周期パターンと同程度の解像度と焦点深度を持つ孤立し
た孔又は溝１８が被露光基板上１１に形成された。 【００２７】なお、本実施例では、第１のレジスト１２
及び第２レジスト１５は共にポジ型レジストを用いた
が、それぞれにネガ型レジストを用いてもよい。但し、
このときにはマスクも遮光部と透過部を反転させなけれ
ばならない。さらに、一方のみをネガ型にしてもよい。
また、露光光にはＫｒＦとｉ線を用いたが、これに限定
されるものではなく、それぞれＡｒＦ光とＫｒＦ光を用
いる場合などに拡張できる。 （実施例２）図２は、本発明の第２の実施例に係わるレ
ジストパターン形成工程を示す断面図である。 【００２８】まず、図２（ａ）に示すように、被露光基
板２１上に第１のレジストとしてＫｒＦエキシマレーザ
用ポジ型レジスト２２を塗布し、所望する孔又は溝の寸
法よりも大きい寸法の遮光部を持つマスク２３を用い
て、ＫｒＦエキシマレーザ光２４で露光を行う。 【００２９】次いで、図２（ｂ）に示すように、露光部
の上層部をシリル化することによって現像液に対する不
溶化層２５を形成する。次いで、図２（ｃ）に示すよう
に、１回目の露光で未露光であった領域２６に所望する
孔又は溝と同一寸法の周期パターンが設けられたレベン
ソン型位相シフトマスク２７を用いて、ＫｒＦエキシマ
レーザ光２８で露光する。ここで、２６ａは露光部、２
６ｂは未露光部、２７ａは位相シフタである。 【００３０】次いで、現像を行うとシリル化によって形
成された不溶化層２５及び未露光部２６ｂが領域２６以
外の露光部の現像液による溶解を防ぎ、図２（ｄ）に示
すように、露光部２６ａだけが取り除かれ、周期パター
ンと同程度の解像度と焦点深度を持つ孤立した孔又は溝
２９が被露光基板上２１に形成された。 【００３１】なお、本実施例では露光光としてＫｒＦと
ｉ線を用いたが、これに限定されるものではなく、それ
ぞれＡｒＦ光とＫｒＦ光を用いる場合などに拡張でき
る。 （実施例３）図３は、本発明の第３の実施例に係わるレ
ジストパターン形成工程を示す断面図である。 【００３２】まず、図３（ａ）に示すように、被エッチ
ング基板３１上に第１のレジストとしてＫｒＦエキシマ
レーザ用ポジ型レジスト３２を塗布し、次いで不溶化防
止膜３３を塗布する。続いて、所望する孔又は溝の寸法
よりも大きい寸法の遮光部を持つマスク３４を用いて、
ＫｒＦエキシマレーザ光３５で露光を行う。 【００３３】次いで、図３（ｂ）に示すように、不溶化
防止膜３３を剥離し、露光部の上層をシリル化等により
不溶化させ不溶化層３６を形成する。次いで、図３
（ｃ）に示すように、１回目の露光で未露光であった領
域３７に所望する孔又は溝と同一寸法の周期パターンが
設けられたレベンソン型位相シフトマスク３８を用い
て、ＫｒＦエキシマレーザ光３９で露光する。ここで、
３７ａが露光部、３７ｂが未露光部、３８ａは位相シフ
タである。 【００３４】次いで、現像を行うと不溶化層３６及び未
露光部３７ｂが領域３７以外の露光部の現像液による溶
解を防ぎ、図３（ｄ）に示すように、露光部３７ａだけ
が取り除かれ、周期パターンと同程度の解像度と焦点深
度を持つ孤立した孔又は溝３１０が被エッチング基板上
３１に形成された。 【００３５】本実施例においても、露光光はＫｒＦとｉ
線を用いたがこれに限定されるものではなく、それぞれ
ＡｒＦ光とＫｒＦ光を用いる場合などに拡張できる。図
４に、第１〜第３の実施例で孤立パターンを形成する場
合の、線幅と焦点深度の関係を示す。露光光はＫｒＦエ
キシマレーザ、投影光学系の開口数は０．６とし、１０
％の露光量変動があっても仕上がり寸法が所望寸法の±
１０％以内に収まるデフォーカスレンジをＤＯＦとして
算出したものである。 【００３６】投影光学系のレンズの収差やレジストの膜
厚等を考慮すると、実際のプロセスで必要な焦点深度は
１μｍ程度以上である。焦点深度が１μｍ以上確保でき
る最小の線幅を限界解像度をすると、第１〜第３の実施
例では０．１３μｍとなる。従って、線幅０．１３μｍ
までの加工が可能となった。 （実施例４）図５は、本発明の第４の実施例に係わるレ
ジストパターン形成工程を示す断面図である。 【００３７】まず、図５（ａ）に示すように、被エッチ
ング基板５１上に第１のレジストとして、図６に示すよ
うに露光量に応じてポジ型からネガ型に変換するＫｒＦ
エキシマレーザ用レジスト５２を塗布し、所望する孔又
は溝の所望寸法Ｌよりも大きい寸法Ｗの遮光部を持つマ
スク５３を用いて、ＫｒＦエキシマレーザ光５４で露光
を行う。 【００３８】次いで、図５（ｂ）に示すように、未露光
部の上層部をシリル化することによって現像液に対する
不溶化層５５を形成する。このとき、寸法Ｌ及びＷを与
えるエッジ照射光強度をそれぞれＥL ，ＥW とし、光架
橋結合によりシリコン化合物の拡散が抑えられ始める臨
界照射光強度をＥS とすれば、ＥW ＜ＥS ＜ＥL が必要
である。 【００３９】次いで、図５（ｃ）に示すように、１回目
の露光での露光部５６を再度、マスク５７を用いて、Ｋ
ｒＦエキシマレーザ光５８で露光する。このとき、レジ
スト５２が不溶化する照射光強度をＥ1 〜Ｅ1 ′、残膜
が零になる臨界光強度をＥ0′とし、２回目の露光での
総照射光強度で寸法Ｌ及びＷを与えるエッジをそれぞれ
ＷL ′，ＥW ′とすれば、Ｅ1 ＜ＥW ′＜Ｅ1 ′及びＥ
L ′＝Ｅ0 ′が必要である。ここで、５６ａはＥ0 ′よ
り大きな光強度が与えられる強露光部、５６ｂはＥ0 か
らＥ0 ′までの光強度が与えられる弱露光部である。 【００４０】次いで、現像を行うと、シリル化によって
形成された不溶化層５５及び弱露光部（不溶化部）５６
ｂによって未露光部の現像液による溶解を防ぎ、図５
（ｄ）に示すように、露光部５６ａだけが取り除かれ孤
立した孔又は溝５９が被エッチング基板上５１に形成さ
れた。 【００４１】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。周期パターンを設けるマスクには、
通常のクロムマスク又はハーフトーン位相シフトマスク
を用いてもよい。用いた周期パターンマスクの限界解像
度付近ではコントラストが低下するために、各種変形照
明や瞳フィルタリング法などとの組み合わせも可能であ
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。 【００４２】 【発明の効果】以上詳述したように、本発明の微細レジ
ストパターン形成方法によれば、マスク上の周期パター
ンの不要なパターンをレジスト上でマスキングすること
によって選択的に現像を行い、周期パターンと同程度の
解像度及び焦点深度を持つ孤立した孔又は溝のパターン
の形成が可能になる。
【図面の簡単な説明】
【図１】第１の実施例に係わるレジストパターン形成工
程を示す断面図。 【図２】第２の実施例に係わるレジストパターン形成工
程を示す断面図。 【図３】第３の実施例に係わるレジストパターン形成工
程を示す断面図。 【図４】本発明及び従来方法における線幅と焦点深度の
関係を示す図。 【図５】第４の実施例に係わるレジストパターン形成工
程を示す断面図。 【図６】第４の実施例に用いたレジストの特性を説明す
るための図。 【図７】孤立パターンの脇に補助パターンを用いた従来
例を模式的に示す図。 【図８】ハーフトーン位相シフト膜を用いた従来例を模
式的に示す図。 【符号の説明】 １１，２２，３１，５１…被エッチング基板 １２，２２，３２，５２…レジスト １３，１６，２３，２７，３４，３８，５３，５７…フ
ォトマスク １３ａ，２７ａ，３８ａ…位相シフタ １４，１７，２４，２８，３５，３９，５４，５８…露
光光 １２ａ，１２ｃ，１５ａ，２６ａ，３７ａ，５６…露光
部 １２ｂ，１５ｂ，２６ｂ，３７ｂ…未露光部 １８，２９，３１０，５９…溝又は孔 ２５，３６，５５…シリル化層（不溶化層） ３３…不溶化防止膜
程を示す断面図。 【図２】第２の実施例に係わるレジストパターン形成工
程を示す断面図。 【図３】第３の実施例に係わるレジストパターン形成工
程を示す断面図。 【図４】本発明及び従来方法における線幅と焦点深度の
関係を示す図。 【図５】第４の実施例に係わるレジストパターン形成工
程を示す断面図。 【図６】第４の実施例に用いたレジストの特性を説明す
るための図。 【図７】孤立パターンの脇に補助パターンを用いた従来
例を模式的に示す図。 【図８】ハーフトーン位相シフト膜を用いた従来例を模
式的に示す図。 【符号の説明】 １１，２２，３１，５１…被エッチング基板 １２，２２，３２，５２…レジスト １３，１６，２３，２７，３４，３８，５３，５７…フ
ォトマスク １３ａ，２７ａ，３８ａ…位相シフタ １４，１７，２４，２８，３５，３９，５４，５８…露
光光 １２ａ，１２ｃ，１５ａ，２６ａ，３７ａ，５６…露光
部 １２ｂ，１５ｂ，２６ｂ，３７ｂ…未露光部 １８，２９，３１０，５９…溝又は孔 ２５，３６，５５…シリル化層（不溶化層） ３３…不溶化防止膜
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(56)参考文献 特開 昭61−91948（ＪＰ，Ａ)
特開 平６−333795（ＪＰ，Ａ)
特開 平６−252031（ＪＰ，Ａ)
特開 平６−53107（ＪＰ，Ａ)
特開 平５−165223（ＪＰ，Ａ)
特開 平５−165195（ＪＰ，Ａ)
特開 平５−6857（ＪＰ，Ａ)
特開 平４−146617（ＪＰ，Ａ)
特開 平４−70755（ＪＰ，Ａ)
特開 平２−117126（ＪＰ，Ａ)
(58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名)
H01L 21/027
G03F 7/26
Claims (1)
- (57)【特許請求の範囲】 【請求項１】被露光基板上に第１のレジスト層を形成す
る工程と、位相シフト効果を利用した周期パターンを有
する第１のマスクを用いて第１のレジスト層にパターン
を転写し、第１のレジスト層に現像液に対する不溶部と
可溶部を形成する工程と、第１のレジスト層に対して現
像処理を施すことなく、第１のレジスト層上に第１のレ
ジスト層とは露光波長に対する感光特性が異なる第２の
レジスト層を形成する工程と、第１のマスクよりもパタ
ーン幅の広い孤立パターンを有する第２のマスクを用
い、第２のマスクの孤立パターンが第１のマスクの周期
パターンの１つを含むように第２のレジスト層にパター
ンを転写し、第２のレジスト層に現像液に対する不溶部
と可溶部を形成する工程と、第１及び第２のレジスト層
に対し同時に現像処理を施し、各レジスト層の可溶部を
除去する工程とを含み、 第１のマスクの周期パターンで規定される孤立のパター
ンを形成することを特徴とするレジストパターン形成方
法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP05704495A JP3421466B2 (ja) | 1995-03-16 | 1995-03-16 | レジストパターン形成方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP05704495A JP3421466B2 (ja) | 1995-03-16 | 1995-03-16 | レジストパターン形成方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH08255737A JPH08255737A (ja) | 1996-10-01 |
| JP3421466B2 true JP3421466B2 (ja) | 2003-06-30 |
Family
ID=13044458
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP05704495A Expired - Fee Related JP3421466B2 (ja) | 1995-03-16 | 1995-03-16 | レジストパターン形成方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
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Families Citing this family (4)
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|---|---|---|---|---|
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| US7560197B2 (en) * | 2004-02-23 | 2009-07-14 | Kabushiki Kaisha Toshiba | Mask pattern data producing method, patterning method, reticle correcting method, reticle manufacturing method, and semiconductor apparatus manufacturing method |
| JP4625779B2 (ja) * | 2006-03-15 | 2011-02-02 | 株式会社東芝 | パターン形成方法、レチクル補正方法及びレチクルパターンデータ補正方法 |
| JP2008185970A (ja) | 2007-01-31 | 2008-08-14 | Renesas Technology Corp | パターンの形成方法、電子デバイスの製造方法および電子デバイス |
-
1995
- 1995-03-16 JP JP05704495A patent/JP3421466B2/ja not_active Expired - Fee Related
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| JPH08255737A (ja) | 1996-10-01 |
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