JP3495734B2 - 半導体デバイス製造プロセスでのリソグラフィーパタン形成方法 - Google Patents
半導体デバイス製造プロセスでのリソグラフィーパタン形成方法Info
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- 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
- G03F7/70—Microphotolithographic exposure; Apparatus therefor
- G03F7/70425—Imaging strategies, e.g. for increasing throughput or resolution, printing product fields larger than the image field or compensating lithography- or non-lithography errors, e.g. proximity correction, mix-and-match, stitching or double patterning
- G03F7/70466—Multiple exposures, e.g. combination of fine and coarse exposures, double patterning or multiple exposures for printing a single feature
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- G03—PHOTOGRAPHY; CINEMATOGRAPHY; ANALOGOUS TECHNIQUES USING WAVES OTHER THAN OPTICAL WAVES; ELECTROGRAPHY; HOLOGRAPHY
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- G03F7/20—Exposure; Apparatus therefor
- G03F7/2022—Multi-step exposure, e.g. hybrid; backside exposure; blanket exposure, e.g. for image reversal; edge exposure, e.g. for edge bead removal; corrective exposure
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- Physics & Mathematics (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Exposure And Positioning Against Photoresist Photosensitive Materials (AREA)
- Exposure Of Semiconductors, Excluding Electron Or Ion Beam Exposure (AREA)
- Preparing Plates And Mask In Photomechanical Process (AREA)
- Materials For Photolithography (AREA)
Description
【発明の詳細な説明】
［発明の分野］
本発明は、リソグラフィー分野に関し、特に、マスク
パタンをシリコン基板表面で移動させることによって、
半導体集積回路を製造する方法に関する。
パタンをシリコン基板表面で移動させることによって、
半導体集積回路を製造する方法に関する。
［発明の背景］
集積回路（ICs）の製造で使用されるリソグラフィー
は、２次元幾何形状を半導体基板表面にプリントするプ
ロセスに関わる。これらの形状は、ゲート電極、コンタ
クト、バイアス、金属配線などのような回路部分の形成
を行う。
は、２次元幾何形状を半導体基板表面にプリントするプ
ロセスに関わる。これらの形状は、ゲート電極、コンタ
クト、バイアス、金属配線などのような回路部分の形成
を行う。
ICリソグラフィープロセスの一部として、フォトレジ
ストのような放射線に敏感な材料が通常シリコンウエハ
ーに適用されて乾かされる。フォトレジスト層はそれか
ら、イメージングツールの手段によって、フォトマスク
による適切な幾何パタンを用いて露光される。そのイメ
ージングツールは、ある光線か放射源を利用してそのマ
スクを露光させる。露光後、ウエハーは通常、フォトレ
ジスト内に露光イメージを作る溶液に浸される。一例と
して、これらのマスキングパタンは、電気的コンタクト
をシリコン基板上に作る方法を提供する。
ストのような放射線に敏感な材料が通常シリコンウエハ
ーに適用されて乾かされる。フォトレジスト層はそれか
ら、イメージングツールの手段によって、フォトマスク
による適切な幾何パタンを用いて露光される。そのイメ
ージングツールは、ある光線か放射源を利用してそのマ
スクを露光させる。露光後、ウエハーは通常、フォトレ
ジスト内に露光イメージを作る溶液に浸される。一例と
して、これらのマスキングパタンは、電気的コンタクト
をシリコン基板上に作る方法を提供する。
極めて通常のことであるが、ICデバイスを構成するた
めに使われる幾何形状は長方形である。直線幾何形状を
プリントする時、特にそのパタンの角の領域である問題
が発生する。たとえば、光線や放射線での露光中に、そ
のフォトレジストは、全ての周囲領域からのエネルギー
貢献を統合する。このことは、ウエハーのある周辺での
露光ドーズ（dose）は、近傍周辺での露光ドーズによっ
て、影響を受けるという意味を持つ。この現象は、しば
しば、近接効果として言及される。
めに使われる幾何形状は長方形である。直線幾何形状を
プリントする時、特にそのパタンの角の領域である問題
が発生する。たとえば、光線や放射線での露光中に、そ
のフォトレジストは、全ての周囲領域からのエネルギー
貢献を統合する。このことは、ウエハーのある周辺での
露光ドーズ（dose）は、近傍周辺での露光ドーズによっ
て、影響を受けるという意味を持つ。この現象は、しば
しば、近接効果として言及される。
フォトレジストパタンの角領域は、近傍領域を欠くの
で、角での露光ドーズは、常に、本体部か、そのパタン
の引き延ばされた辺に与えられた露光ドーズより少な
い。結果として、形成されたフォトレジストパタンの角
は、四角よりも事実上幾分丸くなる。それは、マスキン
グパタンの他の領域に対してよりも、それらの角により
少ないエネルギーが与えられるからである。
で、角での露光ドーズは、常に、本体部か、そのパタン
の引き延ばされた辺に与えられた露光ドーズより少な
い。結果として、形成されたフォトレジストパタンの角
は、四角よりも事実上幾分丸くなる。それは、マスキン
グパタンの他の領域に対してよりも、それらの角により
少ないエネルギーが与えられるからである。
デバイス幾何形状が大きい低集積の回路では、角の丸
みは、デバイス動作にとって無視できるほどの効果を持
つ。しかしながら、デバイス構造が非常に小さい（例え
ば、サブミクロン）超LSI（very large−scale integra
ted circuits）では、丸み効果は、回路特性に甚大な損
害を与える。たとえば、電気的コンタクトの丸みは、伝
導に役に立つ領域を減らす。このことによって、コンタ
クト抵抗が増大する。
みは、デバイス動作にとって無視できるほどの効果を持
つ。しかしながら、デバイス構造が非常に小さい（例え
ば、サブミクロン）超LSI（very large−scale integra
ted circuits）では、丸み効果は、回路特性に甚大な損
害を与える。たとえば、電気的コンタクトの丸みは、伝
導に役に立つ領域を減らす。このことによって、コンタ
クト抵抗が増大する。
下記の表１は、標準的な半導体プロセスで、角の丸み
が、どのように小さなコンタクトでの領域のロスを生み
出すかを描いている。明らかに、コンタクト領域のロス
によって起こるコンタクト抵抗の増大による有害な影響
があることは、どんなVLSIにとっても好ましいことでは
ない。
が、どのように小さなコンタクトでの領域のロスを生み
出すかを描いている。明らかに、コンタクト領域のロス
によって起こるコンタクト抵抗の増大による有害な影響
があることは、どんなVLSIにとっても好ましいことでは
ない。
ICリソグラフィープロセスの他のチャレンジングな仕
事は、イメージングツールの解像度限界と同等かより小
さいコンタクトマスクのような２次元の形をプリントす
ることである。その技術の実践者は、イメージングツー
ルの解像度は、通常、露光ツールが繰り返しウエハーに
プリントする最小形状として定義されることを理解して
いる。一例として、ASM5500/60のような商用のイメージ
ングツールは、0.47ミクロンである。このことは、マス
ク形状の臨界のマスク寸法が縮まると、−−リソグラフ
ィック装置の解像度限界に近づいて−−マスクレイアウ
トパタンとフォトレジスト内に形成された実レイアウト
パタン間の一致性は、ほとんどなくなるということを意
味する。事実、ある寸法での制限を越えると、あるイメ
ージは単純に解像不可能になる（たとえば、表１参
照）。
事は、イメージングツールの解像度限界と同等かより小
さいコンタクトマスクのような２次元の形をプリントす
ることである。その技術の実践者は、イメージングツー
ルの解像度は、通常、露光ツールが繰り返しウエハーに
プリントする最小形状として定義されることを理解して
いる。一例として、ASM5500/60のような商用のイメージ
ングツールは、0.47ミクロンである。このことは、マス
ク形状の臨界のマスク寸法が縮まると、−−リソグラフ
ィック装置の解像度限界に近づいて−−マスクレイアウ
トパタンとフォトレジスト内に形成された実レイアウト
パタン間の一致性は、ほとんどなくなるということを意
味する。事実、ある寸法での制限を越えると、あるイメ
ージは単純に解像不可能になる（たとえば、表１参
照）。
図1A−1Cは、この現象を描いている。図1Aは、光線か
放射ソースによって照らされた孤立形状エッジを示す。
孤立形状エッジが関連イメージングツールのレンズを通
じてパスされた後で、イメージ輝度エッジ勾配が基板表
面に作られる。この空間のエッジ勾配は、基板の完全に
照らされた領域から、完全に暗いかまたはマスクされた
領域までのイメージ輝度の変化を表現する。
放射ソースによって照らされた孤立形状エッジを示す。
孤立形状エッジが関連イメージングツールのレンズを通
じてパスされた後で、イメージ輝度エッジ勾配が基板表
面に作られる。この空間のエッジ勾配は、基板の完全に
照らされた領域から、完全に暗いかまたはマスクされた
領域までのイメージ輝度の変化を表現する。
図1Bは、イメージングツールによって同時にさらされ
る２つの近接エッジの形状を示す。上述した原理に対応
して、各エッジ形状が、示されているエッジ分離で回折
のないそれ自身の空間のエッジ勾配を生み出す。言い換
えれば、近傍のエッジ勾配は、その形状ががイメージン
グツールによって完全に解像可能であるために、ミック
スされない。各エッジ勾配がイメージングツールの特徴
を表現していることに注目されたい。イメージングツー
ルは、開口数（NA）とソース放射線の露光波長（λ）に
よって記述できる。
る２つの近接エッジの形状を示す。上述した原理に対応
して、各エッジ形状が、示されているエッジ分離で回折
のないそれ自身の空間のエッジ勾配を生み出す。言い換
えれば、近傍のエッジ勾配は、その形状ががイメージン
グツールによって完全に解像可能であるために、ミック
スされない。各エッジ勾配がイメージングツールの特徴
を表現していることに注目されたい。イメージングツー
ルは、開口数（NA）とソース放射線の露光波長（λ）に
よって記述できる。
単独の露光中に、それらの２つの形状エッジが非常に
接近すると、その２つのエッジ勾配の干渉と回折が始ま
る。ある最小の分離（図1Bに示されている）で、その２
つの近傍エッジ勾配が、それら自身のアイデンテイテイ
を維持する。しかしながら、その２つのエッジが、イメ
ージングツールの最小解像可能距離（図1C参照）より近
くに移動されると、回折がエッジ勾配の混合を引き起こ
す。結果として、各個々のエッジのアイデンテイテイが
失われる。言い換えれば、混合された空間のエッジ勾配
は、単純には解像可能ではない。
接近すると、その２つのエッジ勾配の干渉と回折が始ま
る。ある最小の分離（図1Bに示されている）で、その２
つの近傍エッジ勾配が、それら自身のアイデンテイテイ
を維持する。しかしながら、その２つのエッジが、イメ
ージングツールの最小解像可能距離（図1C参照）より近
くに移動されると、回折がエッジ勾配の混合を引き起こ
す。結果として、各個々のエッジのアイデンテイテイが
失われる。言い換えれば、混合された空間のエッジ勾配
は、単純には解像可能ではない。
エッジ勾配のオーバラップを避けるために、リソグラ
フィープロセスで維持される必要のある最小の分離は、
イメージングツールのレイリーリミット（Rayleigh lim
it）（即ち、その解像度）によって定義される。数学的
には、レイリーリミットは、以下の式で表現される。
フィープロセスで維持される必要のある最小の分離は、
イメージングツールのレイリーリミット（Rayleigh lim
it）（即ち、その解像度）によって定義される。数学的
には、レイリーリミットは、以下の式で表現される。
レイリーリミット＝Ｋ（λ/NA）
ここで、Ｋは、レジストタイプのような多様なプロセス
要因に依存する調整可能なパラメータである。半導体製
造プロセスにとっての典型的なＫ値は、約0.7である。A
SM5500/60、λ＝0.36ミクロン、NA＝0.54のような現在
の技術水準のイメージングツールでは、解像可能なエッ
ジの最小分離距離は、約0.47ミクロンである。これが意
味するものは、この特定のイメージングツールは、クリ
テイカルな寸法や約0.47ミクロンより狭い間隔を持つパ
タン化されたエッジを持つ形状をプリントするには役に
立たないことである。
要因に依存する調整可能なパラメータである。半導体製
造プロセスにとっての典型的なＫ値は、約0.7である。A
SM5500/60、λ＝0.36ミクロン、NA＝0.54のような現在
の技術水準のイメージングツールでは、解像可能なエッ
ジの最小分離距離は、約0.47ミクロンである。これが意
味するものは、この特定のイメージングツールは、クリ
テイカルな寸法や約0.47ミクロンより狭い間隔を持つパ
タン化されたエッジを持つ形状をプリントするには役に
立たないことである。
レイリー（Rayleih）の評価基準では、光リソグラフ
ィープロセスの解像度を改良するために、新世代のイメ
ージングツールが創造される必要があることは明らかな
ことである。これらのツールは、より高い開口数を達成
し、また、非常に短い波長を持つ新しい露光ソースを用
いることが必要になる。しかしながら、問題は、そのよ
うな改良されたツールは現在商業的に入手ができないこ
とである。さらに、そのようなツールの開発は、既存の
イメージング技術の大きな前進と同様に、多大な資本投
資を必要とすることである。露光調整、コントラスト強
調層、位相シフトマスキング、Ｅビームのような他の技
術やＸ線技術は、現在は非常に高価であるか、解像度の
最小の改良をもたらすだけである。
ィープロセスの解像度を改良するために、新世代のイメ
ージングツールが創造される必要があることは明らかな
ことである。これらのツールは、より高い開口数を達成
し、また、非常に短い波長を持つ新しい露光ソースを用
いることが必要になる。しかしながら、問題は、そのよ
うな改良されたツールは現在商業的に入手ができないこ
とである。さらに、そのようなツールの開発は、既存の
イメージング技術の大きな前進と同様に、多大な資本投
資を必要とすることである。露光調整、コントラスト強
調層、位相シフトマスキング、Ｅビームのような他の技
術やＸ線技術は、現在は非常に高価であるか、解像度の
最小の改良をもたらすだけである。
本発明は、リソグラフィープロセスの解像度制限を合
理的に改良するために、既存のイメージツールと共に利
用できるイメージ分解の新しい方法を公開する。発明さ
れた方法は、半導体ウエハ上にコンタクト、バイアス等
の非常に小さい２次元形状をプリントする利用に特によ
く適合する。さらに、発明された方法は、より大きな形
状サイズをイメージングする時にレイリーリミットを救
済し、従来技術のアプローチと比較して、かなり単純な
露光ルーチンで、所望の２次元パタンを作り出す。最終
結果として、本発明は、解像度制限を標準のイメージン
グツールと技術を使って通常達成可能なレベルを越えて
拡張し、著しく全リソグラフィープロセスを改良する。
理的に改良するために、既存のイメージツールと共に利
用できるイメージ分解の新しい方法を公開する。発明さ
れた方法は、半導体ウエハ上にコンタクト、バイアス等
の非常に小さい２次元形状をプリントする利用に特によ
く適合する。さらに、発明された方法は、より大きな形
状サイズをイメージングする時にレイリーリミットを救
済し、従来技術のアプローチと比較して、かなり単純な
露光ルーチンで、所望の２次元パタンを作り出す。最終
結果として、本発明は、解像度制限を標準のイメージン
グツールと技術を使って通常達成可能なレベルを越えて
拡張し、著しく全リソグラフィープロセスを改良する。
［発明の要約］
半導体製造でのリソグラフィーパタニングプロセスの
改良方法が開示される。本発明によれば、形状エッジ
は、非相関のエッジ露光手段によって変形される。ここ
で、イメージングツールのレイリーリミットより小さい
間隔の２つの形状エッジは、変形されたイメージマスク
を使って、分離露光ステージでの手段によってプリント
される。
改良方法が開示される。本発明によれば、形状エッジ
は、非相関のエッジ露光手段によって変形される。ここ
で、イメージングツールのレイリーリミットより小さい
間隔の２つの形状エッジは、変形されたイメージマスク
を使って、分離露光ステージでの手段によってプリント
される。
このように、本発明の目的の一つは、従来技術のリソ
グラフィープロセスでの前述の問題、特に、小さい形状
（例えば、デバイスコンタクト）をプリントする時の問
題を解決することにある。
グラフィープロセスでの前述の問題、特に、小さい形状
（例えば、デバイスコンタクト）をプリントする時の問
題を解決することにある。
本発明の別の目的は、サブ解像度の２次元パタン（即
ち、関連イメージングツールのレイリーリミットより下
の）のプリンテイングを容易にすることにある。この能
力は、イメージングツールのハードウエア要素に対する
修正なしで実現される。
ち、関連イメージングツールのレイリーリミットより下
の）のプリンテイングを容易にすることにある。この能
力は、イメージングツールのハードウエア要素に対する
修正なしで実現される。
本発明の別の目的は、丸め効果を最小にするために、
直角エッジをプリントするための簡単なリソグラフィー
方法を提供することにある。達成された結果として、２
次元の縮小問題が極めて少ない極めて“四角い”コンタ
クトパタンとなる。
直角エッジをプリントするための簡単なリソグラフィー
方法を提供することにある。達成された結果として、２
次元の縮小問題が極めて少ない極めて“四角い”コンタ
クトパタンとなる。
本発明のさらに別の目的は、リソグラフィー方法を提
供することにある。ここで、近傍の形状エッジは、非相
関でプリントされる。本発明の一実施例に対応して、た
だ１つの形状エッジは、効果的に一度に露光される。本
発明の方法の１つの結果は、焦点の効果的な深さが完全
に非相関エッジを備えるそれらのより大きい形状と同等
であるということである。
供することにある。ここで、近傍の形状エッジは、非相
関でプリントされる。本発明の一実施例に対応して、た
だ１つの形状エッジは、効果的に一度に露光される。本
発明の方法の１つの結果は、焦点の効果的な深さが完全
に非相関エッジを備えるそれらのより大きい形状と同等
であるということである。
本発明のさらに別の目的は、イメージングツール技術
分野での将来の改良と進歩から利益を得るリソグラフィ
ープロセス方法を提供することにある。より新しく、よ
りよい性能のリソグラフィーツールが作られる時、本発
明はこの新しい技術を最大限まで使うことができる。こ
のことは、本発明を利用することで、イメージングツー
ルの解像度制限がいつも改良され得ることを意味する。
分野での将来の改良と進歩から利益を得るリソグラフィ
ープロセス方法を提供することにある。より新しく、よ
りよい性能のリソグラフィーツールが作られる時、本発
明はこの新しい技術を最大限まで使うことができる。こ
のことは、本発明を利用することで、イメージングツー
ルの解像度制限がいつも改良され得ることを意味する。
本発明のさらに別の目的は、リソグラフィーシステム
の解像度制限をさらに拡張させるために、進歩したレジ
ストプロセス技術と結合されうる方法を提供することに
ある。
の解像度制限をさらに拡張させるために、進歩したレジ
ストプロセス技術と結合されうる方法を提供することに
ある。
本発明のさらに別の目的は、現在のコンピュータ支援
設計（CAD）ツールに統合できるイメージ変形アルゴリ
ズムを提供することにある。そのような場合、分解プロ
セスは、集団回路（IC）設計者に対してトランスペアレ
ントとなる。さらに、本発明のイメージ変形アルゴリズ
ムを使用は、イメージオフセット露光情報が生成され、
直接ステッパ装置に供給されることを許容する。さら
に、操作上のエラーを最小限とし、半導体ウエハーの製
造プロセスをさらに改良するために、このプロセスは、
オンラインオペレータに対してトランスペアレントに実
行されうる。
設計（CAD）ツールに統合できるイメージ変形アルゴリ
ズムを提供することにある。そのような場合、分解プロ
セスは、集団回路（IC）設計者に対してトランスペアレ
ントとなる。さらに、本発明のイメージ変形アルゴリズ
ムを使用は、イメージオフセット露光情報が生成され、
直接ステッパ装置に供給されることを許容する。さら
に、操作上のエラーを最小限とし、半導体ウエハーの製
造プロセスをさらに改良するために、このプロセスは、
オンラインオペレータに対してトランスペアレントに実
行されうる。
［図面の簡単な説明］
図1A−1Cは、デバイス形状が縮小する時の光学リソグ
ラフィーで発生する問題を描いた図である。
ラフィーで発生する問題を描いた図である。
図2A−2Cは、非相関のエッジを用いて、形状を変形す
る基本概念を描いた図である。
る基本概念を描いた図である。
図３は、最小サイズのコンタクト穴を作るために、図
２で示した概念がどのように結合されるかを描いた図で
ある。
２で示した概念がどのように結合されるかを描いた図で
ある。
図４は、イメージングツールの解像度制限より小さい
２つのエッジを有する２次元形状をプリントするため
に、本発明の方法がどのように利用されるかを示したの
一例である。
２つのエッジを有する２次元形状をプリントするため
に、本発明の方法がどのように利用されるかを示したの
一例である。
図５は、より小形状サイズを作る追加の露光ステップ
を用いて、図４のダイヤグラムでの本発明の概念がどの
ように拡張されうるかを示す図である。
を用いて、図４のダイヤグラムでの本発明の概念がどの
ように拡張されうるかを示す図である。
図６は、本発明のイメージ変形方法を利用して、設計
されたコンタクト形状が構成されるプロセスを描いた図
である。
されたコンタクト形状が構成されるプロセスを描いた図
である。
図７は、設計された四角形状に対する直線エッジ寸法
の起源を描いた図である。
の起源を描いた図である。
図8Aと図8Bは、コンタクト配列において、直角方向と
対角方向について計算された必要な最小ピッチを示す図
である。
対角方向について計算された必要な最小ピッチを示す図
である。
図９は、形状エッジの空間のイメージ勾配を変えるこ
とによって、光学的解像度を改良する方法を描く図であ
る。
とによって、光学的解像度を改良する方法を描く図であ
る。
図10は、輝度レベルのエッジを備える変形イメージを
示す図である。
示す図である。
［詳細な説明］
半導体デバイスを形成するリソグラフィーパタニング
プロセスを改良する方法が開示される。本発明の方法
は、光学的リソグラフィー、レーザー、粒子ビームベー
スのリソグラフィーと同様に強紫外線（UV）リソグラフ
ィー、Ｘ線リソグラフィーに基づく非レーザーの全ての
形態に対するその適用性で特徴づけられる。以下の記述
においては、本発明の完全な理解を提供するために、具
体的数値を示した詳細、即ち、具体的ツール、寸法、物
質タイプなどが示される。しかしながら、本技術に精通
した人にとって、本発明を実践するために、これらの具
体的詳細が使われる必要がないことは明らかなことであ
る。他の例では、不必要に本発明を曖昧にすることを避
けるために、周知のプロセチングステップについては詳
細に示していない。
プロセスを改良する方法が開示される。本発明の方法
は、光学的リソグラフィー、レーザー、粒子ビームベー
スのリソグラフィーと同様に強紫外線（UV）リソグラフ
ィー、Ｘ線リソグラフィーに基づく非レーザーの全ての
形態に対するその適用性で特徴づけられる。以下の記述
においては、本発明の完全な理解を提供するために、具
体的数値を示した詳細、即ち、具体的ツール、寸法、物
質タイプなどが示される。しかしながら、本技術に精通
した人にとって、本発明を実践するために、これらの具
体的詳細が使われる必要がないことは明らかなことであ
る。他の例では、不必要に本発明を曖昧にすることを避
けるために、周知のプロセチングステップについては詳
細に示していない。
本発明の基本概念は、多数の非相関の露光手段によっ
て小さな２次元形状をプリントする時、レイリーリミッ
トの制約を避ける。従来のリソグラフィー方法では、マ
スク露光中に、同時に非常に近接して２つかそれ以上の
形状エッジを与えることによって、それらの形状エッジ
が形成される。これらのエッジは、同じマスキング層に
現れるが、相関のあるパタンエッジと呼ばれる。露光に
おいて、２つの相関のあるエッジは、回折している空間
のエッジ勾配を生み出し、そして、このため、解像可能
でない。しかし、もし、２つのエッジが十分な間隔を空
けて置かれるか、あるいは、変形されて分離したマスキ
ング層や露光ステップに入ると、露光中に回折は起こら
ない。この後のケースでは、２つのエッジは相関がない
と言われる。
て小さな２次元形状をプリントする時、レイリーリミッ
トの制約を避ける。従来のリソグラフィー方法では、マ
スク露光中に、同時に非常に近接して２つかそれ以上の
形状エッジを与えることによって、それらの形状エッジ
が形成される。これらのエッジは、同じマスキング層に
現れるが、相関のあるパタンエッジと呼ばれる。露光に
おいて、２つの相関のあるエッジは、回折している空間
のエッジ勾配を生み出し、そして、このため、解像可能
でない。しかし、もし、２つのエッジが十分な間隔を空
けて置かれるか、あるいは、変形されて分離したマスキ
ング層や露光ステップに入ると、露光中に回折は起こら
ない。この後のケースでは、２つのエッジは相関がない
と言われる。
本発明の方法では、小さい２次元形状を作る時、ただ
１つのパタンエッジが一度に形成される。第１の露光で
は、エッジ形状の１つの露光される。第２の露光では、
異なるエッジが露光される。一実施例において、この第
２の露光は、第１の露光に使われた同じマスクイメージ
を用いて実行される。しかしながら、第２の露光では、
そのマスクは、第１のエッジがイメージされたところか
らの所定距離でオフセットされる。第２の露光中に、前
もって露光された領域は、一般的に次の露光からは保護
される。
１つのパタンエッジが一度に形成される。第１の露光で
は、エッジ形状の１つの露光される。第２の露光では、
異なるエッジが露光される。一実施例において、この第
２の露光は、第１の露光に使われた同じマスクイメージ
を用いて実行される。しかしながら、第２の露光では、
そのマスクは、第１のエッジがイメージされたところか
らの所定距離でオフセットされる。第２の露光中に、前
もって露光された領域は、一般的に次の露光からは保護
される。
フォトレジストが形成された後で、レジストパタンが
作られ、近接に配置された２つのエッジを生み出す。２
つのエッジが、同じ露光ステップの一部と同じ時に共に
与えられなかったので、回折の有害な効果を避けて、そ
れらのエッジは任意の分離距離でプリントすることがで
きる。分離露光ステージやマスキング層の手段によって
形状エッジをプリントすることは、非相関のエッジ露光
としてのこのアプリケーションの範疇で言及される。
作られ、近接に配置された２つのエッジを生み出す。２
つのエッジが、同じ露光ステップの一部と同じ時に共に
与えられなかったので、回折の有害な効果を避けて、そ
れらのエッジは任意の分離距離でプリントすることがで
きる。分離露光ステージやマスキング層の手段によって
形状エッジをプリントすることは、非相関のエッジ露光
としてのこのアプリケーションの範疇で言及される。
図2A−2Cは、別々の露光ステージが狭い間隔のエッジ
を有するパタンを形成するために、どのように利用され
えるかを描いている。このアプローチの大きな有利点
は、エッジ間の分離距離は、近傍の空間エッジ勾配での
回折なしで、レイリーリミットよりはるかに小さくなる
ことができることである。図2Aでは、イメージングツー
ル12からの放射線10は、第１の形状エッジ11を露光する
ために使われる。この露光は、半導体基板20上に形成さ
れるレジスト層を露光するエッジ勾配14を生み出す。図
２のケースでは、ネガテイブレジストが使われ、結果と
して露光されたレジスト領域15と非露光領域16となる。
ネガテイブ動作レジスト系では、露光領域15は、非露光
領域16が不変（即ち、領域16は、現像液溶解での溶解性
を維持する。）のまま、レジスト現像液に対して不溶解
性となる。現代のネガテイブ動作レジスト系では、サブ
ハーフミクロンの線と間隔を解像する能力があることに
注目されたい。
を有するパタンを形成するために、どのように利用され
えるかを描いている。このアプローチの大きな有利点
は、エッジ間の分離距離は、近傍の空間エッジ勾配での
回折なしで、レイリーリミットよりはるかに小さくなる
ことができることである。図2Aでは、イメージングツー
ル12からの放射線10は、第１の形状エッジ11を露光する
ために使われる。この露光は、半導体基板20上に形成さ
れるレジスト層を露光するエッジ勾配14を生み出す。図
２のケースでは、ネガテイブレジストが使われ、結果と
して露光されたレジスト領域15と非露光領域16となる。
ネガテイブ動作レジスト系では、露光領域15は、非露光
領域16が不変（即ち、領域16は、現像液溶解での溶解性
を維持する。）のまま、レジスト現像液に対して不溶解
性となる。現代のネガテイブ動作レジスト系では、サブ
ハーフミクロンの線と間隔を解像する能力があることに
注目されたい。
図2Bに示された第２の露光ステージでは、エッジ勾配
17を作るために、第２の形状エッジ13がイメージングツ
ール12と共に利用される。形状エッジ13は、フォトレジ
スト層で所望の臨界寸法を作るために、基板20に相対的
に故意にオフセットされる。連続した第２の露光後、露
光領域15の近傍の辺に囲まれている１つの非露光領域16
となる。レジスト形成後、イメージングツール12（図2C
参照）のレイリーリミットよりかなり小さい“A"の幅の
寸法を持つ開口21を残すために、非露光領域16が形成さ
れる。
17を作るために、第２の形状エッジ13がイメージングツ
ール12と共に利用される。形状エッジ13は、フォトレジ
スト層で所望の臨界寸法を作るために、基板20に相対的
に故意にオフセットされる。連続した第２の露光後、露
光領域15の近傍の辺に囲まれている１つの非露光領域16
となる。レジスト形成後、イメージングツール12（図2C
参照）のレイリーリミットよりかなり小さい“A"の幅の
寸法を持つ開口21を残すために、非露光領域16が形成さ
れる。
図３は、１つの処理シーケンスに重ねた図2A−2Cの方
法を示す。このシーケンスは、どのように非相関エッジ
露光の利用が設計された形状サイズを作るかをより明確
に描かれている。従って、エッジ11と13の両方を同時に
露光することは、結果として解像不可能なイメージとな
る。各露光に対してオフセットされる１つのマスキング
イメージを使うか、基板20に関して別々に配置される２
つの分離マスキングイメージを使って、図2A−2Cか図３
のどちらかの２次元形状をプリントできることが理解さ
れるべきである。
法を示す。このシーケンスは、どのように非相関エッジ
露光の利用が設計された形状サイズを作るかをより明確
に描かれている。従って、エッジ11と13の両方を同時に
露光することは、結果として解像不可能なイメージとな
る。各露光に対してオフセットされる１つのマスキング
イメージを使うか、基板20に関して別々に配置される２
つの分離マスキングイメージを使って、図2A−2Cか図３
のどちらかの２次元形状をプリントできることが理解さ
れるべきである。
２次元形状（コンタクト開口のような）の大きな配列を
構成するために、システム的構造が、形成される必要が
ある。マスキングイメージは、十分大きな寸法を持つの
で、そのエッジは非相関のままだが、解像可能である。
本発明に対応して、この必要条件は、“イメージ変形”
と呼ばれる方法によって満足される。この方法は、図４
と図５の例に示したネガテイブ系を用いて描かれてい
る。
構成するために、システム的構造が、形成される必要が
ある。マスキングイメージは、十分大きな寸法を持つの
で、そのエッジは非相関のままだが、解像可能である。
本発明に対応して、この必要条件は、“イメージ変形”
と呼ばれる方法によって満足される。この方法は、図４
と図５の例に示したネガテイブ系を用いて描かれてい
る。
図４は、長方形形状25がより大きな四角マスクイメー
ジ26にどのように変形されるかを描いている。また、ど
のようにマスクイメージがシリコン基板で形状25を再構
成するために使われるかを描いている。形状25は、基板
表面上にパタンが形成されるべき設計形状を表現してい
る。それは、２つの相対的に短いエッジ（“C"と“D"と
ラベル付けされた）に直角である２つの相対的に長いエ
ッジ（“A"と“B"とラベル付けされた）を有する。（図
４の例では、エッジＡとＢは、使われているイメージン
グツールのレイリーリミットより小さい距離で分離され
ることを仮定している。また、エッジＣとＤは、レイリ
ーリミットより大きい距離で分離されていることを仮定
している。） 露光の第１のステージでは、変形されたマスクイメー
ジ26は、基板にプリントされる時に、エッジB'がエッジ
Ｂの位置に一致するように配列される。この第１のエッ
ジは、上述したように露光される。第２の露光ステージ
では、分解されたマスクイメージ26は、オフセットされ
るか、第１の露光と比較して移動される。従って、エッ
ジA'は形状25のエッジＡの位置に一致する。この例で
は、短いエッジＣとＤは関心事ではない。何故なら、そ
れらは、レイリーリミットを越える距離に分離されてい
るからである。２つの分離露光ステージ（このケースで
は、同じ分解されたイメージを利用して）を用いて、エ
ッジＡとＢは、独立に定義されるので、その空間勾配は
回折できない。それ故、小さい２次元設計形状は、従来
技術で経験してきた近接の困難さや解像度の困難さなし
で再構成される。
ジ26にどのように変形されるかを描いている。また、ど
のようにマスクイメージがシリコン基板で形状25を再構
成するために使われるかを描いている。形状25は、基板
表面上にパタンが形成されるべき設計形状を表現してい
る。それは、２つの相対的に短いエッジ（“C"と“D"と
ラベル付けされた）に直角である２つの相対的に長いエ
ッジ（“A"と“B"とラベル付けされた）を有する。（図
４の例では、エッジＡとＢは、使われているイメージン
グツールのレイリーリミットより小さい距離で分離され
ることを仮定している。また、エッジＣとＤは、レイリ
ーリミットより大きい距離で分離されていることを仮定
している。） 露光の第１のステージでは、変形されたマスクイメー
ジ26は、基板にプリントされる時に、エッジB'がエッジ
Ｂの位置に一致するように配列される。この第１のエッ
ジは、上述したように露光される。第２の露光ステージ
では、分解されたマスクイメージ26は、オフセットされ
るか、第１の露光と比較して移動される。従って、エッ
ジA'は形状25のエッジＡの位置に一致する。この例で
は、短いエッジＣとＤは関心事ではない。何故なら、そ
れらは、レイリーリミットを越える距離に分離されてい
るからである。２つの分離露光ステージ（このケースで
は、同じ分解されたイメージを利用して）を用いて、エ
ッジＡとＢは、独立に定義されるので、その空間勾配は
回折できない。それ故、小さい２次元設計形状は、従来
技術で経験してきた近接の困難さや解像度の困難さなし
で再構成される。
同じ変形されたマスクイメージ26を用いて、図４の手
続きを左と右への追加のオフセットを有するものまで拡
張して、最終形状28は、元の露光された形状に比べて非
常に小さい領域をもって、再構成される。このアプロー
チは、図５にダイアグラム的に描かれている。形状28を
作るプロセスが４つの露光ステージ全体を必要とするこ
とに注目してほしい。何故なら、再構成された４つのエ
ッジは、イメージングツールの解像度よりはるかに下の
寸法を持つからである。ここで、それら多数の露光ステ
ージの各々は、独立に形成されている。前述したよう
に、形状28のようなデバイスコンタクトをプリントする
のに必要とされる多数の露光ステージを、多数のマスク
を用いるか、各露光に対するだいたいのオフセットを持
つ１つのマスク（適当に変形されたイメージを有する）
を用いて、実行することができる。このように、本発明
の方法では、サブ解像度デバイス形状のプリントを許容
する。
続きを左と右への追加のオフセットを有するものまで拡
張して、最終形状28は、元の露光された形状に比べて非
常に小さい領域をもって、再構成される。このアプロー
チは、図５にダイアグラム的に描かれている。形状28を
作るプロセスが４つの露光ステージ全体を必要とするこ
とに注目してほしい。何故なら、再構成された４つのエ
ッジは、イメージングツールの解像度よりはるかに下の
寸法を持つからである。ここで、それら多数の露光ステ
ージの各々は、独立に形成されている。前述したよう
に、形状28のようなデバイスコンタクトをプリントする
のに必要とされる多数の露光ステージを、多数のマスク
を用いるか、各露光に対するだいたいのオフセットを持
つ１つのマスク（適当に変形されたイメージを有する）
を用いて、実行することができる。このように、本発明
の方法では、サブ解像度デバイス形状のプリントを許容
する。
コンタクト形状は四角い形状をもつように通常設計さ
れているので、これらの形状をより大きな四角形に変形
することは便利である。しかしながら、エッジサイズや
変形されたイメージの臨界寸法（CD）は、上述された近
接効果を避けるために、十分長い必要がある。さもなけ
れば、厳しい角の丸みが、丸い即ち、四角形より小さい
再構成されたコンタクト形状を生み出す。
れているので、これらの形状をより大きな四角形に変形
することは便利である。しかしながら、エッジサイズや
変形されたイメージの臨界寸法（CD）は、上述された近
接効果を避けるために、十分長い必要がある。さもなけ
れば、厳しい角の丸みが、丸い即ち、四角形より小さい
再構成されたコンタクト形状を生み出す。
丸い角を持つコンタクトに比較してより低いコンタク
ト抵抗を持つので、四角いコンタクトサイズが好ましい
ことを思い起こしてほしい。図６は、最終のコンタクト
形状38を半導体基板上に再構成するために、設計された
コンタクト形状38がより大きなマスキングイメージ35
に、どのように変形され得るかを描いている。マスクさ
れたイメージか、理想的に変形されたイメージ35が、四
角い角を持つ時に、各露光ステージ中にプリントされる
実際に分解されたイメージ36が、近接効果のために角の
丸みを持ってしまうことに注目してほしい。それ故、四
角いコンタクトをプリントするためのキーは、最終の再
構成された形状で、丸み効果が避けられるような分解さ
れたイメージ35の臨界寸法を最適化することである。言
い換えれば、本発明の方法を用いた最小のプリント可能
なコンタクト形状は、変形された四角のイメージとエッ
ジの光学的輝度勾配の有効な直線エッジ寸法によって制
限される。
ト抵抗を持つので、四角いコンタクトサイズが好ましい
ことを思い起こしてほしい。図６は、最終のコンタクト
形状38を半導体基板上に再構成するために、設計された
コンタクト形状38がより大きなマスキングイメージ35
に、どのように変形され得るかを描いている。マスクさ
れたイメージか、理想的に変形されたイメージ35が、四
角い角を持つ時に、各露光ステージ中にプリントされる
実際に分解されたイメージ36が、近接効果のために角の
丸みを持ってしまうことに注目してほしい。それ故、四
角いコンタクトをプリントするためのキーは、最終の再
構成された形状で、丸み効果が避けられるような分解さ
れたイメージ35の臨界寸法を最適化することである。言
い換えれば、本発明の方法を用いた最小のプリント可能
なコンタクト形状は、変形された四角のイメージとエッ
ジの光学的輝度勾配の有効な直線エッジ寸法によって制
限される。
四角いレジスト形状の角の丸みが、直接レイリー評価
基準に関連することが観察される。この関係は、図７で
説明される。図７は、エッジ長CDを有する四角い変形さ
れたイメージ40を描いている。ここで、CDは、分解され
た四角いイメージに対する設計臨界寸法を表現する。こ
のイメージが、標準のレジストプロセスを用いて実際に
プリントされる時、実際に変形されたイメージ42は、丸
まった角を示す。各丸まった角の半径は、図７で寸法Ｒ
によって表現される。レジストパタンＳの直線エッジ寸
法は、以下のように計算される。
基準に関連することが観察される。この関係は、図７で
説明される。図７は、エッジ長CDを有する四角い変形さ
れたイメージ40を描いている。ここで、CDは、分解され
た四角いイメージに対する設計臨界寸法を表現する。こ
のイメージが、標準のレジストプロセスを用いて実際に
プリントされる時、実際に変形されたイメージ42は、丸
まった角を示す。各丸まった角の半径は、図７で寸法Ｒ
によって表現される。レジストパタンＳの直線エッジ寸
法は、以下のように計算される。
Ｓ＝CD−（λ/NA）
この方程式はまた、もし設計の臨界寸法が、使われて
いる関連のイメージングツールの（λ/NA）より小さけ
れば、直線エッジは作られないことを指摘している。す
なわち、四角い設計コンタクト形状は、丸まった角をも
ってプリントされる。極端な場合、その設計形状は、全
くプリントされない。
いる関連のイメージングツールの（λ/NA）より小さけ
れば、直線エッジは作られないことを指摘している。す
なわち、四角い設計コンタクト形状は、丸まった角をも
ってプリントされる。極端な場合、その設計形状は、全
くプリントされない。
このように、図７の関係は、変形されたイメージに必
要とされる最小のCDを予測するために使うことができ
る。例えば、その設計が、商業的に入手可能なパラメー
タλ＝0.365ミクロン、NA＝0.54のステッパを用いて、
0.3ミクロンのコンタクト開口を必要とするなら、変形
された四角いマスクに対するCDは0.973ミクロンになる
ように計算される。このことは、本発明の方法を使う時
に、適切に0.3ミクロンの四角のコンタクトを形成する
ために、約１ミクロンCDの変形されたマスクイメージが
必要とされることを意味する。
要とされる最小のCDを予測するために使うことができ
る。例えば、その設計が、商業的に入手可能なパラメー
タλ＝0.365ミクロン、NA＝0.54のステッパを用いて、
0.3ミクロンのコンタクト開口を必要とするなら、変形
された四角いマスクに対するCDは0.973ミクロンになる
ように計算される。このことは、本発明の方法を使う時
に、適切に0.3ミクロンの四角のコンタクトを形成する
ために、約１ミクロンCDの変形されたマスクイメージが
必要とされることを意味する。
何故なら、変形されたイメージやマスクセグメントは
いつも、設計された形より大きく、また、各コンタクト
の輪郭を描くために、本発明の方法では、多数回の露光
が必要とされるので、あるピッチ制限が発生する。例え
ば、各エッジ露光中に、変形されたイメージは、オフセ
ットされる（または、使われるマスク層を分離する）必
要がある。オフセット工程は、プリントされたコンタク
ト形状を囲む領域に影響を与える。露光されているの
で、この領域は他のコンタクト形状の生成には使用でき
ない。これらの観点に基づいて、近傍のコンタクト形状
に必要な最小の分離が図8Aと図8Bに示されいるのと同様
に、次式によって与えられる。各ケースにおいて、Ｓは
最終ターゲットのコンタクトサイズとして定義され、Ｎ
は最小水平または垂直ピッチとして定義され、Ｍは最小
対角ピッチとして定義される。
いつも、設計された形より大きく、また、各コンタクト
の輪郭を描くために、本発明の方法では、多数回の露光
が必要とされるので、あるピッチ制限が発生する。例え
ば、各エッジ露光中に、変形されたイメージは、オフセ
ットされる（または、使われるマスク層を分離する）必
要がある。オフセット工程は、プリントされたコンタク
ト形状を囲む領域に影響を与える。露光されているの
で、この領域は他のコンタクト形状の生成には使用でき
ない。これらの観点に基づいて、近傍のコンタクト形状
に必要な最小の分離が図8Aと図8Bに示されいるのと同様
に、次式によって与えられる。各ケースにおいて、Ｓは
最終ターゲットのコンタクトサイズとして定義され、Ｎ
は最小水平または垂直ピッチとして定義され、Ｍは最小
対角ピッチとして定義される。
本発明に係るサブ解像度の形状をプリントするために
必要とされた個々の工程を今まで説明してきたが、コン
タクト配列マスクを作るための一般のイメージ分解アル
ゴリズムを以下説明する。このアルゴリズムは、好まし
くは現存のCADツールに統合され、リソグラフィープロ
セス中での自動手続きとしてインプリメントされる。そ
のアルゴリズムは、次に示す広範囲な工程を備える。
（特定のプロセスや適用用途によって、３工程の全ては
必要とされないかもしれないことは、正しく理解される
べきである。） Ａ）設計で必要とされる最終コンタクトマスクサイズＳ
を決める； Ｂ）CD＝Ｓ＋（λ/NA）の関係を用いて、変形されたイ
メージの四角形の最小CDを計算する； Ｃ）変形されたイメージや、各コンタクトに基づくイメ
ージを形成する； Ｄ）最終形状を分解するために必要とされるステップ
（例えば、イメージオフセットと露光ステージ）を決め
る； Ｅ）分解プロセスによって影響を受ける各コンタクトを
囲む周辺領域を決める； Ｆ）垂直、水平、対角方向に対する最小ピッチＮとＭを
計算する（ここで、 Ｇ）少なくとも、最小ピッチ以上で、全コンタクトが分
離されることを検証する； Ｈ）もしどのピッチ標準も違反していなければ、１つま
たは複数の変形されたマスクを形成する。
必要とされた個々の工程を今まで説明してきたが、コン
タクト配列マスクを作るための一般のイメージ分解アル
ゴリズムを以下説明する。このアルゴリズムは、好まし
くは現存のCADツールに統合され、リソグラフィープロ
セス中での自動手続きとしてインプリメントされる。そ
のアルゴリズムは、次に示す広範囲な工程を備える。
（特定のプロセスや適用用途によって、３工程の全ては
必要とされないかもしれないことは、正しく理解される
べきである。） Ａ）設計で必要とされる最終コンタクトマスクサイズＳ
を決める； Ｂ）CD＝Ｓ＋（λ/NA）の関係を用いて、変形されたイ
メージの四角形の最小CDを計算する； Ｃ）変形されたイメージや、各コンタクトに基づくイメ
ージを形成する； Ｄ）最終形状を分解するために必要とされるステップ
（例えば、イメージオフセットと露光ステージ）を決め
る； Ｅ）分解プロセスによって影響を受ける各コンタクトを
囲む周辺領域を決める； Ｆ）垂直、水平、対角方向に対する最小ピッチＮとＭを
計算する（ここで、 Ｇ）少なくとも、最小ピッチ以上で、全コンタクトが分
離されることを検証する； Ｈ）もしどのピッチ標準も違反していなければ、１つま
たは複数の変形されたマスクを形成する。
Ｉ）隣接するコンタクトの間隔が最小要求値以下のピッ
チをもつならば、近隣のコンタクトの１つを現在の変形
マスクから第２変形マスクに移す。
チをもつならば、近隣のコンタクトの１つを現在の変形
マスクから第２変形マスクに移す。
Ｊ）前工程で移されたコンタクトを調整して同じ相対位
置を維持するために第２変形マスクを作る。
置を維持するために第２変形マスクを作る。
Ｋ）両方のマスクが違反していないかを確かにするため
に、もう一度、ピッチルールを再チェックする。
に、もう一度、ピッチルールを再チェックする。
Ｌ）各コンタクトマスクのために、分解されたイメージ
マスクを形成する； Ｍ）対応する露光ルーチン情報（例えば、オフセット、
マスク変化など）を生成する。
マスクを形成する； Ｍ）対応する露光ルーチン情報（例えば、オフセット、
マスク変化など）を生成する。
上述のアルゴリズムで述べられたように、コンタクト
マスクが、さらに、設計ルールによって許されているき
つい設計ピッチを有する時、少なくとも、２つの変形さ
れたサブマスクが作られる必要がある。このことは、工
程Ｉ−Ｍで示されている。完全なコンタクト配列をプリ
ントするために、その２つのサブマスクは、最終処理シ
ーケンスで組み合わせられる必要がある。
マスクが、さらに、設計ルールによって許されているき
つい設計ピッチを有する時、少なくとも、２つの変形さ
れたサブマスクが作られる必要がある。このことは、工
程Ｉ−Ｍで示されている。完全なコンタクト配列をプリ
ントするために、その２つのサブマスクは、最終処理シ
ーケンスで組み合わせられる必要がある。
上述の変形アルゴリズムが明るいフィールドマスクと
暗いフィールドマスクの両方に適応可能であることが理
解されるべきである。ほとんどピッチ制限を持たず、不
本意に露光された領域に関する懸念がないという有利な
点を、明るいフィールドマスクが有することが観察され
ている。それに対応して、ネガテイブ−エッチングレジ
ストプロセスが、現在の好適な実施例で使われる。暗い
フィールドマスクにとっては、不本意に露光された領域
のために、しばしば追加のマスクが必要となる。
暗いフィールドマスクの両方に適応可能であることが理
解されるべきである。ほとんどピッチ制限を持たず、不
本意に露光された領域に関する懸念がないという有利な
点を、明るいフィールドマスクが有することが観察され
ている。それに対応して、ネガテイブ−エッチングレジ
ストプロセスが、現在の好適な実施例で使われる。暗い
フィールドマスクにとっては、不本意に露光された領域
のために、しばしば追加のマスクが必要となる。
本発明が多数の露光ステージに依存しているので、エ
ッジの誤配置が最終ステージの全CD制御に影響を与える
ことがまた理解されるべきである。しかしながら、約0.
005ミクロン精度のステージ移動の商用のイメージング
ツールが、現在入手可能である。その高レベルの精度
は、−−これは、本発明に係るイメージオフセットが一
般に元の露光に近接するということが合わせられたもの
であるが−−リソグラフィーツールの精度の全インパク
トが無視できるものであるということを意味している。
さらに、本発明の非相関のエッジ露光方法を用いること
によって、焦点深度を従来のプリント方法によるものよ
り非常に大きくすることができる。そのハードウエアの
ステージ精度によるCDエラーは、さらに好適な焦点深度
を有することの利益によって補償される以上のものであ
ると信じられている。
ッジの誤配置が最終ステージの全CD制御に影響を与える
ことがまた理解されるべきである。しかしながら、約0.
005ミクロン精度のステージ移動の商用のイメージング
ツールが、現在入手可能である。その高レベルの精度
は、−−これは、本発明に係るイメージオフセットが一
般に元の露光に近接するということが合わせられたもの
であるが−−リソグラフィーツールの精度の全インパク
トが無視できるものであるということを意味している。
さらに、本発明の非相関のエッジ露光方法を用いること
によって、焦点深度を従来のプリント方法によるものよ
り非常に大きくすることができる。そのハードウエアの
ステージ精度によるCDエラーは、さらに好適な焦点深度
を有することの利益によって補償される以上のものであ
ると信じられている。
実際、下に示す表２の結果は、本発明が著しく“四角
形に近い"0.25ミクロン寸法のコンタクト形状を達成す
ることができることを示している。
形に近い"0.25ミクロン寸法のコンタクト形状を達成す
ることができることを示している。
イメージングツールと使われるレジストプロセス（AS
M5500/60,ShipleyレジストSNR248プロセス使用）が、標
準のプリント方法（表１参照）を使用して、領域のロス
60％以上のコンタクトを持つ0.45ミクロンをかろうじて
解像することができると考える時、これらの結果は、よ
り驚くべきものである。本発明の方法では、同じツール
が現在、25％の領域ロス以下で0.25ミクロンの小さなコ
ンタクトを生み出している。このように、効果的に露光
ツールの解像度性能が倍加している。
M5500/60,ShipleyレジストSNR248プロセス使用）が、標
準のプリント方法（表１参照）を使用して、領域のロス
60％以上のコンタクトを持つ0.45ミクロンをかろうじて
解像することができると考える時、これらの結果は、よ
り驚くべきものである。本発明の方法では、同じツール
が現在、25％の領域ロス以下で0.25ミクロンの小さなコ
ンタクトを生み出している。このように、効果的に露光
ツールの解像度性能が倍加している。
これまで述べられた変形方法を用いた最も小さなプリ
ント可能寸法は、究極的にはイメージングツールとレジ
ストプロセスによって作られる輝度エッジ勾配によって
制限される。しかしながら、形状エッジに近接して置か
れた特殊化した線の追加によって、さらなる改良を現在
の発明の方法に対してなすことができる。そのような線
を統合するマスクはまた、“輝度一様化棒”と呼ばれる
が、出願番号07/821793,1992年１月16日出願の“フォト
リソグラフィーのための改良されたマスク”と名付けら
れた同時継続出願の中で公開されている。尚、この出願
は、本発明の譲受人に譲渡されている。
ント可能寸法は、究極的にはイメージングツールとレジ
ストプロセスによって作られる輝度エッジ勾配によって
制限される。しかしながら、形状エッジに近接して置か
れた特殊化した線の追加によって、さらなる改良を現在
の発明の方法に対してなすことができる。そのような線
を統合するマスクはまた、“輝度一様化棒”と呼ばれる
が、出願番号07/821793,1992年１月16日出願の“フォト
リソグラフィーのための改良されたマスク”と名付けら
れた同時継続出願の中で公開されている。尚、この出願
は、本発明の譲受人に譲渡されている。
イメージングシステムの解像度を改良するために、輝
度一様化棒は、斜面の輝度エッジ勾配を増加させる機能
を実行する。それら一様化棒自身は、非常に薄い線また
は、形状の分離エッジに対して平行に置かれた形状から
構成される。各一様化線は、イメージングツールによっ
て基本的に解像不可能な寸法を有する。しかしながら、
その機能は、基板上にはプリントされることはない。し
かし、さらに近傍の形状エッジのコントラストに影響を
与えるために、輝度一様化形状エッジの空間イメージ勾
配は、通常のエッジ勾配と比較してより急な斜面を有す
る。
度一様化棒は、斜面の輝度エッジ勾配を増加させる機能
を実行する。それら一様化棒自身は、非常に薄い線また
は、形状の分離エッジに対して平行に置かれた形状から
構成される。各一様化線は、イメージングツールによっ
て基本的に解像不可能な寸法を有する。しかしながら、
その機能は、基板上にはプリントされることはない。し
かし、さらに近傍の形状エッジのコントラストに影響を
与えるために、輝度一様化形状エッジの空間イメージ勾
配は、通常のエッジ勾配と比較してより急な斜面を有す
る。
図９は、形状エッジ45のプリントと共に、輝度一様化
棒46の利用について描いている。一様化棒46の幅は、好
適には0.1ミクロンのオーダである。輝度一様化棒46の
基本的特徴は、イメージングツールでは解像不能である
ことである；即ち、形状エッジ45の露光中にプリントさ
れないために、棒46は、十分に狭い必要がある。イメー
ジングツール47による露光において、急な勾配で特徴づ
けられるエッジ勾配48が生成されることが、図９に示さ
れている。このより急なエッジ勾配の斜面は、改良され
たイメージング解像度に変える。
棒46の利用について描いている。一様化棒46の幅は、好
適には0.1ミクロンのオーダである。輝度一様化棒46の
基本的特徴は、イメージングツールでは解像不能である
ことである；即ち、形状エッジ45の露光中にプリントさ
れないために、棒46は、十分に狭い必要がある。イメー
ジングツール47による露光において、急な勾配で特徴づ
けられるエッジ勾配48が生成されることが、図９に示さ
れている。このより急なエッジ勾配の斜面は、改良され
たイメージング解像度に変える。
一例として、表３は、輝度一様化棒と共に上述した分
解方法を利用して達成される驚くべき結果を示してい
る。
解方法を利用して達成される驚くべき結果を示してい
る。
明らかに、同じイメージングツールと表１に示された
レジストプロセスを用いて、本発明は、0.1ミクロン幅
の狭い形状サイズを有するコンタクトのプリントができ
る。（およそ0.3ミクロンの調整されたレジスト厚を用
いて、表３の結果が作られたことに注目せよ。）これら
の非常に小さい寸法でさえ、角の丸みによる領域ロスの
パーセントが最小（約20％）となることはめざましいこ
とである。
レジストプロセスを用いて、本発明は、0.1ミクロン幅
の狭い形状サイズを有するコンタクトのプリントができ
る。（およそ0.3ミクロンの調整されたレジスト厚を用
いて、表３の結果が作られたことに注目せよ。）これら
の非常に小さい寸法でさえ、角の丸みによる領域ロスの
パーセントが最小（約20％）となることはめざましいこ
とである。
図10は、輝度一様化線50を有する分解された四角いイ
メージ49の一例を描いている。輝度一様化線50は、イメ
ージングツールの解像能力より小さい幅を持つ。現在で
は、輝度一様化棒の寸法あるいは幅Ｉは、好適には関連
するイメージングツールの解像度の５分の１である。こ
のことは、数学的に次の方程式によって表現される。
メージ49の一例を描いている。輝度一様化線50は、イメ
ージングツールの解像能力より小さい幅を持つ。現在で
は、輝度一様化棒の寸法あるいは幅Ｉは、好適には関連
するイメージングツールの解像度の５分の１である。こ
のことは、数学的に次の方程式によって表現される。
Ｉ＝（1/5）Rayleigh limit＝（0.2k）（λ/NA）
分解されたイメージと輝度一様化線間の分離Ｊは、好
適にはイメージングツールの解像度の約1.1倍である。
また、このことは、次の方程式によって表現される： Ｊ＝（1.1）Rayleigh limit＝（1.1k）（λ/NA）
適にはイメージングツールの解像度の約1.1倍である。
また、このことは、次の方程式によって表現される： Ｊ＝（1.1）Rayleigh limit＝（1.1k）（λ/NA）
─────────────────────────────────────────────────────
フロントページの続き
(56)参考文献 特開 昭56−160037（ＪＰ，Ａ)
特開 平３−210560（ＪＰ，Ａ)
特開 平５−206001（ＪＰ，Ａ)
特開 平３−1522（ＪＰ，Ａ)
(58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名)
H01L 21/027
G03F 7/20 521
Claims (11)
- 【請求項１】半導体デバイスの製造プロセスにおいて、
マスク上の長方形形状をイメージングツールを使って半
導体基板のフォトレジスト層にリソグラフィカルにプリ
ントする方法を含み、前記長方形形状が、夫々に付随す
るエッジ勾配を有する少なくとも二つの対面形状エッジ
を有し、前記付随するエッジ勾配が相互作用するような
距離にある前記少なくとも二つのエッジ勾配が、前記フ
ォトレジスト層で前記形状のゆがみの原因となる場合に
おいて、 前記長方形形状を、前記対面形状エッジの長さに等しい
かより大きい長さの対面マスクエッジのペアを有する長
方形マスクイメージに変形する工程であって、前記対面
マスクエッジが、前記対面形状エッジ間距離より大き
く、かつ前記イメージングツールのレイリーリミットよ
りも大きい所定の距離だけ離れて配置されている工程
と、 前記フォトレジスト層に、前記形状エッジのうちの第一
の形状エッジを形成する第一のパターンエッジ勾配を生
成するために、対面マスクエッジの前記ペアのうちの第
一の対面マスクエッジを前記イメージングツールを用い
て放射線によって露光する工程と、 前記長方形マスクイメージを前記基板に対してオフセッ
トする工程と、 前記フォトレジスト層に、前記形状エッジのうちの第二
の形状エッジを形成する第二のパターンエッジ勾配を生
成するために、対面マスクエッジの前記ペアのうちの第
二の対面マスクエッジを、イメージングツールを用いて
放射線によって露光する工程であって、前記対面形状エ
ッジ間距離は、前記イメージングツールのレイリーリミ
ットよりも短いか若しくはそれと同等であると共に、前
記第二のパターンエッジ勾配及び前記第一のパターンエ
ッジ勾配は相互作用しない露光工程とを備え， 前記変形工程は、Ｓを前記形状エッジの長さとし、λを
前記放射線の波長とし、NAを前記イメージングツールの
開口数とする時、方程式Ｄ＝Ｓ＋（λ/NA）で与えられ
る最小寸法Ｄを有する前記マスクエッジの長さを計算す
る計算工程を備えることを特徴とする方法。 - 【請求項２】前記所定距離は、前記レイリーリミットよ
り大きいことを特徴とする請求項１に記載の方法。 - 【請求項３】前記オフセット工程は、前記所定距離から
前記距離を引いた距離におおよそ等しい距離で、前記マ
スクイメージをオフセットすることを特徴とする請求項
１に記載の方法。 - 【請求項４】前記オフセット工程は、対応する形状エッ
ジを形成するために、所定のマスクエッジのほぼ中心部
が使用されるようになることを特徴とする請求項１に記
載の方法。 - 【請求項５】前記長方形形状は、正方形であり、夫々に
付随するエッジ勾配を有する第一、第二、第三及び第四
の形状を有することを特徴とする請求項４に記載の方
法。 - 【請求項６】前記マスクエッジのペアは各々、追加のサ
ブ解像度エッジセグメントに関連し、 前記追加のサブ解像度エッジセグメントの各々は、前記
マスクイメージエッジからある程度の距離スペースが取
られ、また前記マスクイメージエッジに対して実質的に
平行であり、 前記追加のサブ解像度エッジセグメントは、前記二次元
形状のプリントを向上させるために、第一と第二のパタ
ンエッジ勾配の傾斜を増大させる機能を果たすことを特
徴とする請求項１に記載の方法。 - 【請求項７】前記ある程度の距離は、レイリーリミット
の約1.1倍であることを特徴とする請求項６に記載の方
法。 - 【請求項８】前記フォトレジストは、ネガテイブ作用性
レジスト層を備えることを特徴とする請求項３に記載の
方法。 - 【請求項９】リソグラフィーツールを用いて、シリコン
基板上に集積回路（IC）を構築する方法であって、 前記リソグラフィーツールの前記レイリーリミットに等
しいかより小さいエッジ寸法を有する正方形コンタクト
配列をプリントするイメージング変形アルゴリズムは、 前記エッジ寸法に基づく前記プリントするプロセスに対
して最小の臨界寸法（CD）を計算する計算工程（ａ）
と、 複数の変形されたイメージ正方形を形成する形成工程
（ｂ）であって、前記複数の変形されたイメージ正方形
の各々が、前記配列内のコンタクトのうちの１つに対応
し、前記イメージ正方形は前記最小のCDに等しいかより
大きい寸法を有する形成工程（ｂ）と、 前記基板上に前記コンタクトの対応するエッジを形成す
るために、前記イメージ正方形の各エッジを放射によっ
てシーケンシャルに露光することによって、前記配列内
での隣接コンタクト間の最小水平ピッチと最小垂直ピッ
チと最小対角ピッチを、前記コンタクトの各々を変形す
るプロセスに基づいて計算する計算工程（ｃ）であっ
て、前記イメージ正方形エッジの各々を前記コンタクト
の前記対応するエッジに対して線状に並べるために、前
記シーケンスで連続する各々の露光以前に、前記正方形
を前記基板に対してオフセットさせる計算工程（ｃ）
と、 前記配列内の前記隣接コンタクトのいずれかが前記最小
ピッチに違反していると、それらのコンタクトは第一の
コンタクトセットに属すると認識し、前記第一のコンタ
クトセットに属すると認識されないコンタクトは第二の
コンタクトセットに含まれていると認識する工程（ｄ）
と、 前記第二のコンタクトセットに対応するイメージ正方形
である第一の変形されたイメージマスクを形成する形成
工程（ｅ）と、 前記第一のコンタクトセットに対応する前記イメージ正
方形である第二の変形されたイメージマスクを形成する
形成工程（ｆ）と を備えることを特徴とするシリコン基板上に集積回路
（IC）を構築する方法。 - 【請求項１０】前記臨界寸法は、Ｓを前記コンタクトの
前記エッジの長さとし、λを前記放射線の波長とし、NA
を前記リソグラフィーツールの開口数とする時、方程式
CD＝Ｓ＋（λ/NA）で定義されることを特徴とする請求
項９に記載されたシリコン基板上に集積回路（IC）を構
築する方法。 - 【請求項１１】前記最小水平ピッチと前記最小垂直ピッ
チはＮとして定義され、ＮはＣ泥に等しく、また、前記
最小対角ピッチはＭとして定義され、Ｍは方程式： で与えられることを特徴とする請求項10に記載されたシ
リコン基板上に集積回路（IC）を構築する方法。
Applications Claiming Priority (3)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| US86379192A | 1992-04-06 | 1992-04-06 | |
| US863,791 | 1992-04-06 | ||
| PCT/US1993/003126 WO1993020482A1 (en) | 1992-04-06 | 1993-03-29 | Method for forming a lithographic pattern in a process for manufacturing semiconductor devices |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH07505507A JPH07505507A (ja) | 1995-06-15 |
| JP3495734B2 true JP3495734B2 (ja) | 2004-02-09 |
Family
ID=25341795
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP51772993A Expired - Lifetime JP3495734B2 (ja) | 1992-04-06 | 1993-03-29 | 半導体デバイス製造プロセスでのリソグラフィーパタン形成方法 |
Country Status (8)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US5340700A (ja) |
| EP (1) | EP0634028B1 (ja) |
| JP (1) | JP3495734B2 (ja) |
| AT (1) | ATE168791T1 (ja) |
| AU (1) | AU4277893A (ja) |
| CA (1) | CA2132005A1 (ja) |
| DE (1) | DE69319901T2 (ja) |
| WO (1) | WO1993020482A1 (ja) |
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