JPH02220425A - レチクル及びこれを用いたパターン形成方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） この発明は、超ＬＳＩ等の製造に用いられるホトリング
ラフィ技術に間するものであり、特に、凹部及び凸部領
域を有する下地に精度良くレジストパターンを形成する
ことが出来る投影露光装置用のレチクルと、これを用い
たパターン形成方法とに間するものである。

（従来の技術） 半導体装置の高集積化に伴い、これの製造に用いられる
ホトリソグラフィ技術は、ますます高解像力を具えたも
のである必要が生じている。そこで投影露光装置を用い
る場合であれば投影レンズの開口数（ＮＡ）はますます
大きなものとされるか、この反面、この露光装置の焦点
深度はますます浅くなってしまうことも事実である。一
方、パターン形成しようとする下地例えば半導体基板で
は、半導体装置の構造上の理由から凹凸か生じており、
例えばメモリセル用素子が作り込まれた領域と、周辺回
路用素子が作り込まれた領域との闇では素子構造の違い
により大きな段差が生じる。

従って、このような半導体基板上に、例えばメモリセル
と周辺回路との間を結ぶ配線パターン形成用のレジスト
パターンを形成しようとすると、レチクルのパターンは
半導体基板のメモリセル形成領域に対しては焦点が合う
が周辺回路形成領域に対しては焦点が全く合わない（或
いはその逆）という問題も起こり得る。

このような問題を解決するため、例えば文献（サブミク
ロンテクノロジーセミナ（＋９８８）　（株）日立製作
所論文集のｒｕＬｓＩにおけるサブミクロンリソグラフ
ィー技術の適用例」）に開示された技術では、半導体装
置のメモリセル領域が周辺回路領域に比し高くなること
から、半導体基板のメモリセル形成予定領域を選択酸化
法を用い予め掘っておくことにより、半導体基板の周辺
回路領域と、メモリセル領域との間の段差を緩和してい
た。この文献には具体的な方法までは記載されでいない
か、一般的な方法で考えれば、シリコシ基板のメモリセ
ル形成予定領域を選択的に酸化しこの部分をフッ酸によ
り除去し凹部領域を形成することになる。

この文献に開示された技術によれば、この文献の表■に
も記載されでいるように、通常の方法では１．３ｕｍと
なるメモリセル領域及び周辺回路領域間の段差が、０．
８ｕｍに抑えられると云う。

（発明が解決しようとする課題） しかしながら、半導体基板の所定領域を予め掘っておく
という従来の方法は、ＬＳＩの既存の製造工程に基板の
所定領ｖｔを掘るという新たな工程を加えなければなら
ない、従って、このためのレジス塗布、露光、現像等の
ホトリソグラフィ工程と、これに続くエツチング工程と
のための多くの作業が追加されることになるので、生産
コストを高めてしまうという問題点がある。

この出願はこのような点に鑑みなされたものであり、従
ってこの出願の第一発明の目的は、半導体基板等の被バ
ターニング基板の凹凸に起因するパターンの焦点ずれを
緩和出来る投影露光装置用のレチクルを提供することに
ある。また、この出願の第二発明の目的は、凹凸を有す
る被パターニング基板上に精度良くパターン形成出来る
簡易な方法を提供することにある。

（課題を解決するための手段） この目的の達成を図るため、この出願の第一発明によれ
ば、下地上にパターンを形成するための投影露光装置用
のレチクルにおいて、 レチクルのパターンの、下地の凹部領域に投影される部
分上に、この部分から投影レンズまでの光路長を長くす
る薄ＩＩ；？！具えたことを特徴とする。

ここで光路長を長くする薄膜とは、例えば、屈折率が１
以上の材料でかつ露光光に対し透明な材料（一種でも二
種以上でも良い）から成る薄膜が考えられる。なお、こ
こで云う露光光に対し透明な薄膜とは、露光光のこの？
ｆＪｌｌｉを設けたレチクル部分を透過する光が、レチ
クルの他の部分を透過した光に比し極端に減衰しでしま
うことがないような程度の、言い換えれば下地に塗布さ
れているレジストの露光量を不足させてしまうことが無
いような程度の透明度を有する薄膜を意味する。上述し
たような薄膜は、具体的には、用いる露光光の波長や、
レジストの種類や目的とする解像度等を考慮し選ばれる
ものであるが、例示すれば、ブリーチング後のレジスト
膜、ＰＭＭＡ膜、ＳｉＯ□膜、Ｓｉ３Ｎ４　ＩＩ等であ
る。

また、この発明のレチクルは、光路長を長くする薄膜を
レジストやＰＭＭＡを以って構成する場合は、既存のレ
チクルのパターン形成面（クロム等のような露光光を遮
断するものが在る面）上にレジスト或いはＰＭＭＡを例
えばスヒコーティング法により塗布しこれが所定の領域
に残存するように露光現像することによって得られる。

ここでレジストとしてポジ型のレジストを用いた場合は
、パターニング後のレジストに充分に光を照射しブリー
チシグさせることが必要である。また、光路長を長くす
る薄膜をＳ　ｉ０２膜やＳｉ３Ｎ４膜を以って構成する
場合は、この薄膜のバターニングをエツチングにより行
なうとレチクル上のクロムを損傷することが考えられる
ので、リフトオフ法で作製するのが好適である。従って
、既存のレチクルのパターン形成面上に予め例えばリフ
トオフに適したレジストパターンを形成し、このレジス
トバタンを含むレチクル上に例えばスパッタ法により５
ｉＯ７１ｉｎ形成し、その後リフトオフすることてこの
発明のレチクルを得るのが良い。

なお、下地の凹部領域及び凸部領域間の段差がａである
場合で、これら凹部領域及び凸部領域それぞれにレチク
ルのパターンを適度に合焦させるための、レチクルの凹
部領域用パターンから投影レンズまでの光路長を長くす
る薄膜の好適な膜厚Ｃは、この薄膜の屈折率をｎ、投影
露光装置の縮小倍率（レチクル上の寸法／基板上の寸法
）である、）壱Ｎとした場合、投影露光装置の光学系の
誤差か無いものとすれば、 Ｃ＝　［ａＮ／（ｎ−１）］ で示される。しかし実際は、光学系のバラツキがあるの
で実験的に求めることになるが、フォーカスマージンを
広げる目的と、露光量を減衰させない節回内で考えると
、膜厚Ｃは（１）式を満足する値とするのが好適である
。

０．２［ａＮ／（ｎ−１）］≦Ｃ≦２［ａＮ／（ｎ−１
）］・・・（１）また、この出願の第二発明のパターン
形成方法によれば、凹部領域及び凸部領域を有する下地
上に投影露光装置Ｉを用いパターンを形成するに当たり
、 凹部領域及び凸部領域を有する下地上にレジストを塗布
する工程と、 このレジストに対し、レチクルのパターンの、前述の下
地の凹部ｖ４域に投影される部分上に、投影レンズまで
の光路長を長くする薄膜を具えたレチクルを介し露光す
る工程と、 この露光済みのレジストを現像する工程とを含むことを
特徴とする。

（作用） この出願の第一発明のレチクルによれば、レチクルの、
下地の凹部ｗＩｔ＊に投影されるパターン部分から投影
レンズまでの光路長と、該レチクルの、下地の凸部領域
に投影されるパターン部分から投影レンズまでの光路長
とに違いを生じさせることが出来る。このため、各パタ
ーン部分の投影像の正焦点の位ｍｉ＝ずらすことが出来
るので、凹部領域及び凸部領域を有する下地のそれぞれ
の領域に、レチクルのパターンを正焦点に近い位置で結
像させることが可能になる。従って、凹部及び凸部領ｔ
＊Ｖ有する下地に対するフォーカスマージンを大きく出
来る。

また、この出願の第二発明のパターン形成方法によれば
、凹部領域及び凸部領域を有する下地のそれぞれの領域
に、下地が平坦なものの場合と実質的に同様にレチクル
のパターンを結像させてパターニングが行なえる。

（実施例） 以下、図面ｊｌ？照してこの発明のレチクル及びこれを
用いたパターン形成方法の実施例につきそれぞれ説明す
る。

ｔ、ｊ−／乙±１１え明 先ず、レチクルの実施例につき説明する。なお以下に説
明するレチクルの実施例は、この発明のレチクルが、凹
部領域及び凸部ｌＮ域を有する下地に対する投影露光装
置のフォーカスマージンを大きくすることに有効なこと
を示した実験結果である０Ｍ１図は、実験に用いたレチ
クルの説明に供する図であり、実験用レチクルを断面図
を以って示したものである。蔦１図において、１１は実
験用レチクル、１３は実験用レチクルを得るための既存
のレチクルでありこの場合（株）ニコン製のテストレチ
クル１５４！用いた。このテストレチクル１３の一方の
面１３ａ上には、ｆ１’？の寸法のライン・アンド・ス
ペースパターンが形成されている。１５は、既存レチク
ル１３のパターン形成面（クロム面）１３ａのほぼ左半
分の領域上に設けた、光路長を長くする薄膜である。こ
の実施例ではこの薄膜１５を、東京応化工業（株）製の
ＴＳＭＲ−Ｖ３と称されるレジストの薄膜で構成してい
る。なお、実験用のレチクルであるので薄膜１５を既存
レチクル１３のパターン形成面のほぼ左半分に設（丈た
が、この発明を半導体装置の製造に実際に適用する場合
には、例えば半導体装置が周辺回路を基板の段差上に具
えたＤＲＡＭであるとして考えれば、その場合のレチク
ルは、周辺回路用のパターン部分上に光路長を長くする
薄膜１５を具えた構成のものになることは理解されたい
。

第１図に示した実験用のレチクルは、以下に説明するよ
うな手順で製作した。

先ず、既存のレチクル１３としてのニコンテストレチク
ル１５Ａのパターン形成面１３ａ上に、スビシコーティ
ング法により、ＴＳＭＲ−Ｖ３と称されるレジスト（東
京応化工業（株）製のレジスト）を２．５ｕｍの膜厚に
形成した。

次に、レジスト付きレチクル１３ヲベーク炉に入れ９０
℃の１度で３０分間のソフトベークを行なった０次いで
、レチクル１３のパターンの左半分上のレジスト部分を
アルミホイルで覆い、その後、Ｕ■光により一括照射を
行なった０次いで、専用現像液ＮＭＯ−Ｗ　（］！京東
京応化工業）製）を用い現像を行ないレチクル１３のパ
ターンの左半分上にレジスト膜１５ｖ！残存させた。な
お、後に行なう露光の際の露光装置によるレチクルロー
ディングの支障とならないよう、実験用レチクル１１の
縁周辺にはレジストが残らないようにした。

次に、第１図に示した実験用レチクル１１と、（株）二
コシ製ステッパＮ５ＲＧ４０（ＮＡ３．４５）とを用い
、実験用レチクル１１の薄膜１５を設けた部分と薄１１
１５の無い部分の各パターンの投影像の正焦点位置の違
いを以下に説明する方法で調べた。第２図は、その説明
に供する図であり、実験用レチクル１１と、ステッパの
投影レンズ２１と、レジスト２５付きのシリコンウェハ
２３（＊述する）との位１を間係を概略的に示した図で
ある。

直径５インチ（１インチは約２．５４ｃｍ以下同様）の
シリコンウェハ上にレジストＴＳＭＲ−Ｖ３　％１．２
　ｕｍの膜厚に形成する。また、第１図に示した実験用
レチクル１１ヲステツパＮ５ＲＧ４０にセットする。レ
ジスト２５付したシリコンウェハ２３ヲステツパのステ
ージにセットし、露光量は２００ｍＪ／ｃｍ２と一定に
し、ステッパのフォーカスオフセット３！０．２ＬＩｍ
刻みでショット毎に変化させながら、該シリコンウェハ
２３のレジスト２５ヲ露光した。その債、専用現僅液で
現像を行ない、シリコウェハ上にフォーカスオフセット
が異なるレジストバタンを多数形成した。

次に、フォーカスオフセットを異ならせた各レジストバ
タン毎の０．５ｕｍライン・アンド・スペース（Ｌ／Ｓ
）バタンに着目しこれを順次顕微鏡で観察してゆき、実
験用レチクルの右半分のパターンにおける０、５ｕｍの
Ｌ／Ｓパターンのヒントがあっているフォーカスオフセ
ット値と、実験用レチクルの左半分のパターンにおりる
０、５μｍのＬ／Ｓパターンのピントがあっているフォ
ーカスオフセット値とをそれぞれ調べた。この結果、レ
チクルの右半分のパターンはフォーカスオフセット０．
０の位置が正焦点の位置であり、レチクルの左半分のパ
ターンはフォーカスオフセット◆０．４ｕｍの位置が正
焦点の位置であることが分った。即ち、両者の間でのフ
ォーカスオフセット値の差は０．４ｕｍであることが分
った。

フォーカスオフセット値にこのような差が生じる理由は
次のようなものであると考えられる。

第１図の実験用レチクル１１のクロム面１３ａから出た
光のうちレジスト＃！ｌ＋５を通った光の投影レンズ２
１（第２図参照）までの光路長は、レジスト膜１５の屈
折率ｒ！：ｎ　、　！ＩＩＩをｄとすると、他の部分の
光の光路長に比しｄ（ｎ−１）だけ長くなる。実施例の
場合で考えれば、レジスト１１１５の膜１ｔｄは２．５
μｍでありこのレジストの屈折率は１．６７であるので
、光路長は１．６７５　Ｌｌｍ長くなる。つまり、レジ
スト膜１５を設けたことによりこの部分のパターンは、
レジスト膜が無い場合に比し１．６７５　Ｌｌｍだけ投
影レンズ２１から離れたことになる。ざらに用いたステ
ッパが１７５の縮小投影露光装置であることから、１．
６７５１５　＝０．３３ｕｍが求まる。この０．３３１
ｍという値は、上記正焦点位置の差０．４ｕｍに非常に
近い値であり、投影レンズ２１の特性による誤差を考慮
した場合、上記正焦点位百の差０．４ｕｍは、レジスト
膜１５により光路長が長くなったため生じたと考えるこ
とが出来る。

従って、凹部領域と凸部領域を有する下地にレジストパ
ターンを形成する場合、レチクルのパターンの、下地の
凹部領域に投影される部分上にレジスト膜１５のような
薄膜を設けるようにすれば、レチクルのパターンを下地
の凹部領域及び凸部領域それぞれにほぼ正焦点の位置で
結像させることが出来るようになると云える。

パターン形　　法の５ 次に、凹部領域及び凸部領域を有する下地、即ち段差を
有する下地上に、投影露光装置と、この発明のレチクル
とを用いレジストパターンを形成する例を説明する。第
３図（Ａ）〜（Ｃ）はその説明に供する図であり、第３
図（Ａ）は下地を概略的に示した断面図、第３図（Ｂ）
はレチクルのパターンの説明に供する概略的平面図、第
３図（Ｃ）は光路長を長くする薄膜を設けた状態のレチ
クルを示した断面図である。

下地としては、第３図（Ａ）に示すように、シリコン基
板４１上に、膜厚が０．５ｕｍのＢＰＳＧ（Ｂｏｒｏ−
Ｐｈｏｓｐｈｏ　５ｉｌｉｃａｔｅ　Ｇｌａｓｓ）膜の
５００ｕｍライン・アンドスペースパターン４３を具え
、ざらにこの上に膜厚が０．５ｕｍのＡ９膜４５を具え
る、下地４７とした。この下地４７においては、８ＰＳ
ＧＩＩｉがある部分４７ａが凸部領域であり、ＢＰＳＧ
膜の無い部分４７ｂが凹部領域である。なおこの下地４
７の形成は、シリコン基板４１上にスパッタ法によりＢ
ＰＳＧ膜を０．５ｇｍの膜厚に形成し、これをホトリソ
グラフィ技術及びエツチング技術により５００ｕｍのし
／Ｓ　／＼ターンに加工し、このパターン上にスノ＼・
フタ５去（こよりＡ（１ｍ＠形成することで、行なった
。

また、パターニング実験に用いたレチクル５１のパター
ンは、第３図（Ｂ）に示すような０．３〜１．５Ｌｊｍ
ライン・アンド・スペースの解像チャート（パターン）
５３を５００ｕｍ毎に繰り返して格子状に具えたものと
した（これら寸５去（よ、下士也４７上に投影された際
の寸法である。）。

先ず、比較実験として第３図（Ｂ）に示したパターンを
有するレチクル（光路長を長くする薄膜の無いレチクル
）を、（株）ニコン製のＮ５ＲＧ４Ｄ（ＮＡ　Ｏ，４５
）と称される９線ステツパにセットした。また、第３図
（Ａ）に示した下地４７のＡ’ｌ膜４膜上５上ＳＭＲ−
ＣＲＢ３と称される東京応化工業（株）製のレジストを
１．７ｕｍの膜厚で形成し、次いで、このレジスト付き
下地４７を上述の９線ステツパのステージにセットした
１次いで、露光量を２００ｍＪ／ｃｍ２と一定にし、シ
ョット毎にステッパのフォーカスオフセットｊ１．Ｚｕ
ｍづつずらしながら露光を行なった０ｍ光済みの試料を
専用現像液で現像復、顕微鏡により各ショットの中心部
の３ｍｍ角の領域でのレジストパターンの分離解像度を
調べた。比較実験においては、凸部領域４７ａ上と、凹
部ｍ　ｋｍ　４７ｂ上とでｏ、ａｕｍのＬ／Ｓレジスト
パターンが解像出来たフォーカスオフセ・ント範囲は、
０．８ｕｍであることが分った。

次に、この発明に係る実験を以下に説明するように行な
った。

比較実験に用いたレチクル５１をステッパから外し、第
３図に示すように、このレチクル５１のパターンの、５
００　ＸＮ　ｕｍ　（Ｎは投影露光装置の縮小倍率であ
る）毎に繰り返される解像チャート５３の１ブロック置
きの解像チャート上に、光路長を長くするための薄膜と
して膜厚が２．５ｕｍのレジスト１！＋５！公知のホト
リソグラフィ技術によりそれぞれ形成した。なお、この
レジスト膜１５は、東京応化工業（株）製のＴＳＭＲ−
Ｖ３と称されるレジストを用い形成し、バターニング後
のレジスト１１１１５に対しブリーチングさせるためＵ
ｖ光を一括照射した。

次に、レジスト膜１５を設けたレチクル５１をステッパ
に、レチクル５１のレジストｌ１ｉ１５部分が下地４７
の凹部領域４７ｂに投影されるようにセットした。下地
４７は、比較実験と同様な手順で用意したもので未露光
の新しいものである。その復、比較実験と同様に、露光
量は２００ｍＪ／ａｍ２と一定にしショット毎にステッ
パのフォーカスオフセ・ントを０．２ｕｍづつずらしな
がら露光を行なった。露光済みの試料を専用現像液で現
像復、顕做鏡により各ショットの中心部の３ｍｍ角の領
域でのレジストパターンの分離解像度を調べた。この結
果、凸部領域４７ａ上と、凹部領ｔ［４７ｂ上とで０．
６ａｍのＬ／Ｓレジストパターンが比較実験と同様に解
像出来ていることが分った。また、フォーカスオフセッ
ト範囲は、］、２ｕｍであり比較実験より大きくなるこ
とが分った。このようにこの発明のパターン形成方法は
、フォーカスマシーンを大きく出来るので、凹凸の在る
下地上にレジストパターンを形成する際、非常に有効で
ある。

（発明の効果） 上述した説明からも明らかなように、この出願の第一発
明のレチクルによれば、レチクルの、下地の凹部領域に
投影されるパターン部分から投影レンズまでの光路長と
、該レチクルの、下地の凸部領域に投影されるパターン
部分から投影レンズまでの光路長とに違いを生じさせる
ことが出来る。このため、各パターン部分の投影像の正
焦点の位フヲずらすことが出来るので、凹部領域及び凸
部領域を有する下地のそれぞれの領域に、レチクルのパ
ターンを正焦点１こ近い位置で結像させることが可能に
なる。従って、凹部及び凸部領域を有する下地に対して
も、平坦な下地の場合とほぼ同様なフォーカスマージン
が得られる。このため、今後ますます浅くなるであろう
投影露光装＝の焦点深度を補う有効な手段となる。

また、この出願の第二発明のパターン形成方法によれば
、凹部領域及び凸部領域を有する下地のそれぞれの領域
に、下地が平坦なものの場合と実質的に同様にレチクル
のパターンを結像させてバターニングが行なえる。この
ため、高集積化したＬＳＩの製造等に利用出来る。

【図面の簡単な説明】

第１図は、実験用レチクルの説明に供する断面図、 第２図は、正焦点位置の違いが生しる理由を示す図、 第３図（Ａ）は、下地の説明に供する断面図、第３図（
Ｂ）は、バターニング実験用レチクルのパターンの説明
に供する平面図、 第３図（Ｃ）は、バターニング実験用レチクルの説明に
供する断面図である。 １１・・・実験用レチクル、　１３・・・既存レチクル
１３ａ・・・既存レチクルのパターン形成面、１５・・
・光路長を長くする薄膜（例えばレジスト膜）２１−・
・投影レンズ、　　　２３−・・シリコンウェハ２５・
・・レジスト、　　　　　４１　・・・シリコン基板４
３・・−８ＰＳＧｌｉｌのライン・アンド・スペースパ
ターン４５−Ａ（ｌｌｌ、　　　　　　４７ａ　−下地
の凸部領域４７ｂ・−下地の凹部領域 ５１・・・バターニング実験用レチクル５３・・・解像
チャート。 １１：実験用レチクル １３：既存レチクル ５ａ ５！験用レチクルの説明に供する図 第１図 特許出願人　　　沖電気工業株式会社 正焦点位置の這（１が生じる理由を示す図第２図 ４１、シリコン基板 ４３：８ＰＳＧｌｌｊのラインアンド・スペースパター
ン４５：へβ膜 ４７：下地 ４７ａ・下地の凸部領域 ４７ｂ・下地の凹部領域 下地の説明に供する断面図 バターニング冥験用レチクルのパターンの説明に供する
平面図第３図（Ｂ） バターニング寅験用レチクルの説明（こ供する断面図第
３図（Ｃ）

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 （１）下地上にパターンを形成するための投影露光装置
   用のレチクルにおいて、 レチクルのパターンの、下地の凹部領域に投影される部
   分上に、該部分から投影レンズまでの光路長を長くする
   薄膜を具えたことを特徴とするレチクル。 （２）前記薄膜を、屈折率が１以上でかつ露光光に対し
   透明な薄膜であってその膜厚Ｃが（１）式を満たす薄膜
   とした請求項１に記載のレチクル（但し、（１）式にお
   いて、ａは下地の凹部領域及び凸部領域間の段差、ｎは
   薄膜の屈折率、Ｎは投影露光装置の縮小倍率（レチクル
   上の寸法／基板上の寸法）である、）。 ０．２［ａＮ／（ｎ−１）］≦Ｃ≦２［ａＮ／（ｎ−１
   ）］…（１）（３）凹部領域及び凸部領域を有する下地
   上に投影露光装置を用いパターンを形成するに当たり、
   凹部領域及び凸部領域を有する下地上にレジストを塗布
   する工程と、 該レジストに対し請求項１に記載のレチクルを介し露光
   する工程と、 該露光済みのレジストを現像する工程と を含むことを特徴とするパターン形成方法。