JPH0410407A - パターン構造を有する素子の製造方法 - Google Patents

パターン構造を有する素子の製造方法

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JPH0410407A
JPH0410407A JP2109997A JP10999790A JPH0410407A JP H0410407 A JPH0410407 A JP H0410407A JP 2109997 A JP2109997 A JP 2109997A JP 10999790 A JP10999790 A JP 10999790A JP H0410407 A JPH0410407 A JP H0410407A
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健吾 浅井
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Atsushi Isobe
敦 礒部
Makoto Suzuki
良 鈴木
Koji Oda
小田 幸司
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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〕 本発明は、パターン構造を有する素子の製造方法に係り
、とくに無線端末等の通信機器に用いられる弾性表面波
素子の製造に適した、パターン構造を有する素子の製造
方法に関する。
〔従来の技術〕
電子デバイス等の回路パターンが描かれたホトマスク(
レティクル)を照射光学系で照明し、回路パターンを基
板ウェーハ上に転写する投影・露光装置には、転写可能
なパターンが微細化できることが要求される。このよう
なパターン転写装置の解像限界付近の微細パターンを転
写する一手段として、ホトマスク上の微細な遮光部分を
隔てて隣接する開口部分を透過する照明光に位相差を与
える方法が提案されている。その従来の位相差を与える
パターン形成法については、アイ・イー・イー・イー、
トランザクション オン エレクトロン デバイス 2
9(1,982年)第1282頁以下(IEEE、Tr
ans、on Electron Devices、V
oQED−29,Nα12.(1982)p、1282
〜)におけるマーク・デイ−・レビュンソン(Mark
D+Levenson)等による“Improving
 Re5olutionin Photolithog
raphy with a  Phase−5hift
ingMask”と題する文献に論じられている。本文
献で提案しているパターン形成法は、遮光部分を隔てて
隣接する開口部分を透過する照明光に180゜の位相差
を与えるものであり、周期的に配列されたパターンの解
像力を向上させるのに好適なものである。
〔発明が解決しようとする課題〕
上記の従来技術では、隣接する開口部分が互いに分離し
ているパターンに対してのみ、その解像力を向上させる
のに有効である。しかしながら、隣接している開ロバタ
ーンが、ある部分で接続してつながっている場合には、
連続した開口部であるために遮光部を隔てて位相差を与
えることができないため、精度の高いパターン形成およ
び解像度の向上ができないという問題がある。
また、実際の電子デバイスにおける回路パターンでは、
隣接する線状の開ロバターンが端部で接続している場合
が多い。このような回路パターンに従来の位相差を与え
るパターン形成法を適用すると、開ロバターンの接続部
分で照明光の位相が急変し位相差が零度となる領域が生
じるため、線状のパターンが隣接する部分では、そのパ
ターン自体は解像するものの、接続すべき部分でもパタ
ーンの分離が生じてしまうことになる。そのため、ウェ
ーハ上で所望の一体的なパターン形状が得られないとい
う問題がある。
本発明の目的は、隣接する開口部パターンが成る部分で
接続してつながっているような微細パターンについても
、正確にパターン転写が可能となる素子の製造方法を提
供することにある。
〔課題を解決するための手段〕
上記目的は、パターン構造を有する素子の製造方法であ
って、基板上にパターン構造を複数回の露光により形成
するために、上記パターン構造のパターンを合成する複
数種の部分パターンを構成する遮光部及び複数の開口部
からなるホトマスクを準備し、この複数種の部分パター
ンを有するホトマスクの上記複数の開口部を透過する光
(照明光)に異なる位相を与えて上記複数種の部分パタ
−ン毎に上記基板を複数回露光することにより達成され
る。照明光の位相差は隣接する開口部間でほぼ180°
として露光するとよい。
また、ホトマスクとして複数種の部分パターンを有する
ホトマスクを用いることにより、すなわち例えばホトマ
スクとして複数種の部分パターンを複数有するものを準
備し1周期的に配列した部分パターン群を複数回の露光
転写によって、一つの基板(ウェハ)上の一定区画に重
ねあわせて一体的なパターンを合成する(複数種の部分
パターンが露光されて所望のパターンを合成するように
ホトマスクを基板に対して相対的に移動する)ことによ
り、パターンが接続してつながるべき部分で照明光の位
相が急変することにより生じたパターンの分離をまった
く解消した構成とすることに本発明の特徴がある。
また、ホトマスクの複数種の部分パターンが配置されて
いる方向に基板とホトマスクとを相対的にステップ移動
して露光することに本発明の他の特徴がある。
〔作用〕
連続してつながっているパターンを分割して部分パター
ンを構成することにより、開口部を遮光部を介して孤立
化したパターンとすることができる。隣接した開口部が
各々孤立して配列された部分パターンは、隣り合った開
口部パターンを透過する照明光に(例えば約18o°の
)位相差を交互に周期的に与えることが可能となる。こ
れにより、隣接する開口部が接続することにより生じた
接続部分、すなわち照明光の位相が急変する(位相差=
O)境界領域を解消することができる。
また、開口部分を透過する照明光に180°の位相差を
周期的に与えることにより、パターン転写の解像力が向
上する。
更に、一定の周期間隔をもった区画に部分パターンを配
列することは、パターン周期に沿ってホトマスクと基板
の位置を相対的に変化させることにより、基板の同一区
画(チップ)上に複数の部分パターンを形成できる。一
つのホトマスク上に一定期周期で配列した部分パターン
は、露光・転写により基板ウェーハ上に部分パターン群
(列)を解像するように作用する。この部分パターン列
には隣接する開口部が接続した部分がないので。
パターン解像不良の領域が生じることはない。
また、複数の露光・転写によって異なった部分パターン
を基板上の同一区画(チップ)に重ね合わせて形成する
ことは、隣接する開口部パターンが接続してつながって
いるような一体的なパターンの形成を可能とする。これ
により、開口部が連続したパターンを高い解像度で形成
できる。また、一定の周期(チップ)間隔で部分パター
ンを配列して部分パターン群(列)を構成することは、
体的なパターンを一つのホトマスクでかつ基板ウェーハ
上のほぼ全ての領域(チップ)で同時に形成することが
可能となる。
以上のように、本発明は作用することにより、連続した
開口部パターンの接続すべき部分で、パターンが分離し
て解像不良となってしまうことのない一体的なパターン
形状を形成できる。
〔実施例〕
以下、本発明の一実施例を第1図により説明する。第1
図は、本発明を適用したホトマスク上で連続したくし形
状パターンを互いに組み合わせてできる1つの連続した
開口部パターン1と、2つのくし形状遮光パターン2及
び3からなる交差指パターンを表わす図である。図の開
口部と遮光部が互いに交差した部分のパターン寸法は、
開口部および遮光部各々基板ウェーハ上で0.25μm
である。この場合、1/10縮小投影露光法を用いたの
で、10倍のレティクル上では、これらの寸法は各々2
.5μmである。ここで、開口部パターンにおいて、解
像度を向上するために遮光部を隔てて隣接する開口部分
を透過する照明光に180°の位相差を与えるように従
来法で位相シフト層5を設けると、図の(b)に示され
るようなパターンとなる。図の(b)では、開ロバター
ンの領域6においては0°の位相、開ロバターンの位相
シフト層領域5においては180°の位相がホトマスク
を透過した照明光に与えられることになる。すなわち、
遮光部7を隔てて隣接する開口部5と6を透過する照明
光には180°の位相差が与えられている。このように
ホトマスクを透過した照明光の位相が反転しているため
、基板つ工−ハ上での光の強度分布(コントラスト)に
は遮光部と開口部で大きな差が生じることになり、パタ
ーンの解像度が著しく向上する。しかしながら、図の(
b)に示したように、遮光部を介して隣接する開口部が
接続しているパターンでは、上記のような従来法を用い
ると、照明光の位相が急変する接続部分8が生じること
になる。この境界部分では、照明光の位相がO’+18
0’と急変し、光の強度が基板ウェーハ上で零となるた
めパターンの分離が生じる。したがって、図の開ロバタ
ーン1は、連続してつながった形状とはならず、交差指
パターンは解像不可能となってしまう。
図の(c、)、 (d)は、図(a)で示される連続し
た開ロバターン1を、遮光部7によって開口部が各々孤
立化するように分割した部分パターン9を表わす。この
部分パターンにおいて、図に示したごとく、ホトマスク
上で隣接する開口部に交互に位相シフト層5を設けた。
ホトマスク上で開ロバターンを透過する照明光には、遮
光部7を介して交互に位相シフト層を設けることにより
180゜の位相差が与えられる。すなわち、開ロバター
ンの領域6においてはOoの位相9位相シフト層領域5
においては180°の位相の照明光となる。
ここでは、遮光部によって開口部を孤立化した部分パタ
ーンとしたので、図の(b)で示したような、照明光の
位相がO’+180”と急変してパターン解像不良とな
るような境界部分が生じることはない。
本実施例では、位相シフト層5は膜厚約0.38μmの
5in2で設けている。この厚さdの値は、S i O
,の屈折率をn、照明光の波長をλとするとき、 λ なる関係を満足しているので、位相シフト層領域5を透
過する照明光の位相は、位相シフト層を設けていない開
ロバターンの領域6を透過する照明光の位相と比べて1
80°だけシフトしている。
なお、位相シフト層の形状は、図の(c)、(d)の場
合開口部パターンと同じ、すなわち10倍のレティクル
上で幅2.5μmの寸法となっているが、このシフト層
の幅は、開口部を透過する光の位相をシフトするための
ものであるから、隣接する遮光部にシフト層がかかって
もかまわない。ただし、位相シフト法の原理から、パタ
ーン上で次(隣)の開口部までシフト層を広げることは
許されない。
このようにして構成した位相シフトレティクルを用いて
基板ウェーハ上にパターンを転写すると、露光波長λ=
365nm、縮小レンズの開口数NA=0.42 であ
るi線1/10縮小投影露光装置を用いた場合、図(’
c)、(d)に示したような最小寸法が0.25μmの
格子状部分パターンとホール状部分パターンが解像でき
る。
なお1以上で述べたパターン転写法は、ここでは露光波
長λ=365nm、縮小レンズの開口数NA=0.42
 であるi線1/1o縮小投影露光装置を用いた場合の
実施例である。本実施例の位相シフトパターンを適用し
ない従来のパターン形成法では、同様な露光装置を用い
ると、パターンの解像限界が約0.5μmであった。本
発明の実施例では、この0.5μmの解像限界を0.2
5μmまで約50%向上でき、最小寸法0.25μmの
微細な部分パターンの形成を可能とした。
本発明のパターン製造方法を用いると、パターン転写装
置の露光波長λがさらに短波長化され、j線からエキシ
マレーザあるいはX線となった場合においても、各々パ
ターンの解像度をさらに約50%向上することが可能で
あり、超微細なパターン及びそのパターン構造を有する
素子の形成が可能となることは言うまでもない。
第2図は、第1図の(Q)  (d’)で示した部分パ
ターンを同じ一枚のホトマスク(レティクル)上に形成
して基板上にパターン転写を行う本発明の実施例を表わ
す1図に示したように、部分パターンCおよびdは、ホ
トマスク10上で部分パターン列c11および部分パタ
ーン列d12とじて構成した。この部分パターン列にお
ける各々の部分パターンには、第1図(c)(d)で示
した位相シフトパターンを形成してあり、パターンの最
小寸法は10倍のレティクル上であるから2.5μmと
なっている。また、部分パターン列における部分パター
ン1つの区画は35mnX35mnとなっており、部分
パターンは周期35n+mで規則的に配列されている。
このようにして部分パターンおよび部分パターン列を構
成したホトマスクを使用して、照明光13を露光するこ
とにより、基板ウェーハ上にパターン転写を行う。この
際の露光は、前述した1/10縮小投影露光装置を用い
た。
この結果、基板ウェーハ上に最小寸法が0.25μmの
部分パターンCおよびdが、3.5mmの周期で形成で
きる。そして、基板上に3.5w1口(チップ)の大き
さで部分パターン列が形成できる。
しかるのち、図中のY方向に基板を設定した露光装置の
基板ステージ14を3.5mだけ移動して、2回目の露
光によりパターン転写を行う。これにより、部分パター
ン列Cの上に部分パターン列dが重ね合わさって形成さ
れることになる。すなわち、1つのチップ上で見ると、
部分パターンCと部分パターンdが合成されて形成され
ることになる。
第3図(a)、(b)及び(c)は、第2図で形成した
基板ウェーハ上のパターンを表わす。図に示されたよう
に、基板のパターン列15には、第1図(a)で示した
パターンと同じ開口部分が連続してつながっているくし
形交差指パターンが形成できている。
なお、図中の一度露光だけを行ったパターン列16には
、図に示したようにパターン合成がされておらずホール
状部分パターンがそのまま形成されている。しかしなが
ら、第2図で示したホトマスク10上で、部分パターン
列Cをもう一列設けておけば、第3図で示される基板上
の有効領域全面にわたって交差指パターンが形成できる
ことになる。このように、第1図(c)(d)で示した
格子状部分パターンとホール状部分パターンを組み合わ
せることにより、第1図(a)で示したパターンと全く
同じ寸法0.25μmの交差指パターンが解像できる。
以上のように、本発明によれば、分割した部分パターン
と複数の露光・転写によって、開口部が連続したパター
ン形状が得られるようになる。すなわち、第1図(b)
で示した接続部分8は、ホトマスク上の部分パターンc
、dの開口部により照明光が透過しているので、パター
ン分離が生じないことになる。このため、隣接する開口
部パターンが接続して連続している微細パターンについ
ても、解像度の高いパターン転写が可能となる6そして
、開ロバターンと遮光パターンとが互いに交差したくし
形部の寸法が、開口部および遮光部で各々0.25μm
の交差指パターン形成が可能となる。ここで述べたパタ
ーン形成法は、解像限界が約0.25μm とされてい
るエキシマレーザ露光では、その解像限界を約50%向
上して約0.125μm まで、X線露光では0.1 
μm を0.05μm まで改善できることになる。ま
た、実施例では、縮小投影法を取り上げたが、本発明を
遠紫外光(Deep  U V )を用いた1:1の密
着露光法などに利用できることは言うまでもない。
またさらに、実施例では、ポジ型のレジストによるパタ
ーン転写の場合を示したが、これはネガ型のレジストを
用いた場合にも、利用できるものである。
さらに、本発明ではパターンを分割して部分パターンを
形成しても、その部分パターンを1つのホトマスク上に
周期的に配列して構成しているので、複数のホトマスク
を必要とせず、瞬時に同一基板上に多数のチップを形成
できる。
このように、本発明によれば、第1図(a)で示したよ
うな、隣接する開ロバターンが接続して連続しているよ
うな複雑な微細パターンについても、解像度の高いパタ
ーン転写が可能となり、パターン解像不良を生じさせる
ことなく、かつ微細なパターン構造を有する素子の製造
方法を提供することができる。
第4図は、本発明の他の実施例を説明するための圧電基
板上で弾性表面波(SAW)を励振する交差指電極パタ
ーンを表わす。図の開口部パターン1を透過する照明光
には、図示した如く位相シフト層5を設けることにより
、180°の位相差を与えている。しかしながら、従来
法によって、遮光部パターン2,3を隔てて隣接する開
口部(寸法0.25μm)を透過する照明光に、交互に
Oo及び180’の位相を与えて配列すると、図のよう
な浮き電極パターン17を有する複雑なパターンでは、
図中018で示したような位相を180°とする開口部
が隣接する領域が生じてしまい、この領域では解像度を
上げる効果がなくなり、パターン解像不良が生じる。
しかるに、本発明の第1図から第3図で示したパターン
形成方法によれば、このような隣接する開口部間で透過
光の位相が等しくなることはないので、パターン解像不
良が生じることはない。
以上のように、本発明によれば、SAWフィルタに用い
られるような複雑な微細交差指電極パターンの形成も可
能となる効果がある。
さらに本発明によれば、第4図で示したような線幅約0
.25μmの微細な交差指電極パターン構造を有する弾
性表面波素子の形成が可能となるので、そのような素子
を用いて準マイクロ波帯(1〜3GHz)およびさらに
高周波帯域(〜10GHz)の移動通信端末機器や超高
速光通信装置を実現できるようになる。
つぎに、本発明の他の実施例を第5図により説明する。
第5図は、遮光部の中で開口部パターンが各々孤立して
構成されるような配線回路パターンと電極端子用スルー
ホールパターンを表わす。
図の(a)で、照明光が透過する開口部19は、遮光部
7の中で各々孤立したパターンとなっている。図中のス
ルーホールパターンの最小寸法は0.25μmである。
ここで、パターンの解像度を向上するために、開口部パ
ターンに交互に位相シフト層領域を設けると、照明光の
位相は図のX方向20で見ると位相O°と180°の領
域を交互に配列できるのでパターンの解像度は向上でき
る。しかしながら、この場合、図のY方向21で見ると
、遮光部を隔てて隣合う開口部を透過する光の位相は、
同一位相となってしまうので、その方向にはパターンの
解像度を向上できず、スルーホールパターンなどで解像
不良が生じることになる。
しかるに、図の(b)、(c)に示したように、部分パ
ターンを構成すると、位相シフトM5とシフト層のない
開口部6とを交互に隣あわせることができ、そのため最
小寸法0.25μmのノ(ターンが解像できる。そして
、このような部分パターンを2度露光によって同一チッ
プ上に合成すれば、図の(a)と全く同じパターンが形
成できる。
このように本発明によれば、複雑な配線回路ノ(ターン
においても、パターンの解像度を向上でき、さらに微細
な電極端子形成用スルーホールパターンなども形成する
ことが可能となる。
本発明のもう一つの実施例を第6図(a)及び(b)に
より説明する。第6図(a)は、連続した遮光部パター
ン22で構成されたうず巻状の回路配線パターンを表わ
す。図で、配線パターンとなる遮光部22は、照明光が
透過する開口部1を一つの連続したパターンとしている
。パターンの解像度を向上するために、遮光部を隔てた
開口部に交互に位相シフト層領域を設けると、開口部を
透過した光の位相は、A−A’断面で見ると(b)図の
ようになる。すなわち、A−A’断面では。
透過光の位相はOoの領域23と位相シフト層によって
位相が反転した180°の領域24とが交互にならぶ。
したがって、図のA−A’断面で見るとパターンの解像
度は向上できることになる。
しかしながら、そのような従来の位相シフト層を交互に
設ける方法では、この回路配線パターンの場合、図中に
示したように、照明光の位相が急変して基板上で光の強
度が零となる部分25や遮光部を隔てて隣接する開口部
で光の位相が同一となる部分26が生じ、それらの部分
でパターンが解像しなくなる。
しかるに、本発明の第1図から第3図で示したパターン
形成方法を用いると、このような開口部が一つの連続し
たパターンにおいても、隣合う開口部間で照明光に位相
差を与えることができるので、パターン解像不良を生じ
ることなく微細な回路配線パターンが形成できる。
〔発明の効果〕
本発明によれば、連続した開口部パターンを分割して、
各々遮光部で分離された開口部を有する部分パターンを
構成し、そこで開口部を透過する照明光に位相差を周期
的に与えるので、パターンの解像度が大幅に向上でき、
かつ従来のような光の位相が急変することにより生じた
接続部境界領域での光強度分布が零となってパターンが
分離することがない。また、部分パターンを同一のホト
マスク上に周期的に配列して、かつ基板をこの周期に合
わせて移動し2度目の露光を行ってパターン形成を行う
ので、ホトマスクの枚数をふやすことなく、−度に同一
パターンを有するチップを形成できる。このように部分
パターンを用いて同一チップ上にパターンを合成するの
で、互いに隣接する開口部パターンが連続してつながっ
ているような微細パターンが形成可能となり、そのよう
なパターンにおいても、照明光に位相差を与えて解像度
を向上させることができる効果がある。
またさらに、開口部間で照明光の位相が等しくなるよう
な領域は生じないので、SAWフィルタに用いられるよ
うな複雑な交差指電極パターンや半導体素子に見られる
ような回路配線パターン。
電極配線用のスルーホールパターンの形成が可能となり
、これらのパターンをさらに微細化できる効果がある。
【図面の簡単な説明】
第1図は、本発明のパターン形成方法を実施した一つの
連続した開口部パターンを有する交差指パターン及びそ
の部分パターンを示す図、第2図は、本発明の実施例で
パターン転写を説明するための図、第3図(a)、(b
)及び(c)は、本発明の実施例で基板ウェーハ上に形
成されたパターンを説明するための図、第4図は、本発
明を実施した弾性表面波素子の電極パターンを示す図、
第5図および第6図(、)は、本発明を適用した電極形
成用パターンならびに回路配線パターンを各各示す図、
第6図(b)は第6図(a)に示したパターンのAA’
部分における透過光の位相を説明するための図である。 1・・・連続した開口部パターン、2及び3・・・くし
形遮光パターン、4・・・基板、5・・・位相シフト層
、6・・・位相シフト層のない開口部、7・・・遮光部
、8・・・位相が急変する接続部分、9・・・部分パタ
ーン、10・・・ホトマスク、11・・・部分パターン
列C112・・・部分パターン列d、13・・・照明光
、14・・・基板ステージ、15・・・基板上のパター
ン列、16・・・−度露光を行ったパターン列、17・
・・浮き電極パターン、18・・・位相180°の開口
部が隣接する領域、19・・・照明光が透過する開口部
、20・・・X方向、21・・・Y方向、22・・・連
続した遮光部パターン、23・・・位相Oaの領域、2
4・・・位相180゜の領域、25・・・光の強度が零
となる部分、26・・・光の位相が同一となる部分。

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 1、以下の各工程を有することを特徴とするパターン構
    造を有する素子の製造方法。 (1)基板上にパターン構造を複数回の露光により形成
    するために、上記パターン構造のパターンを合成する複
    数種の部分パターンを構成する遮光部及び複数の開口部
    からなるホトマスクを準備する第1の工程 (2)上記複数種の部分パターンを有するホトマスクの
    上記複数の開口部を透過する光に異なる位相を与えて上
    記複数種の部分パターン毎に上記基板を複数回露光する
    第2の工程2、請求項1に記載のパターン構造を有する
    素子の製造方法において、前記第1の工程は前記ホトマ
    スクとして前記複数種の部分パターンを有するホトマス
    クを準備することを特徴とするパターン構造を有する素
    子の製造方法。 3、請求項2に記載のパターン構造を有する素子の製造
    方法において、前記第2の工程は前記ホトマスクの前記
    複数種の部分パターンが配置されている方向に前記基板
    と前記ホトマスクとを相対的にステップ移動して露光す
    ることを特徴とするパターン構造を有する素子の製造方
    法。 4、請求項1に記載のパターン構造を有する素子の製造
    方法において、前記第2の工程は前記複数の開口部を透
    過する光にほぼ180゜の位相差を与えて露光すること
    を特徴とするパターン構造を有する素子の製造方法。 5、請求項2に記載のパターン構造を有する素子の製造
    方法において、前記ホトマスクとして前記複数種の部分
    パターンを複数有するものを準備することにより、基板
    上に複数の前記パターンを露光することを特徴とするパ
    ターン構造を有する素子の製造方法。 6、請求項5に記載のパターン構造を有する素子の製造
    方法において、前記第2の工程は前記複数種の部分パタ
    ーンが露光されて前記パターンを合成するように前記ホ
    トマスクを前記基板に対して相対的に移動する工程を有
    することを特徴とするパターン構造を有する素子の製造
    方法。 7、請求項1に記載のパターン構造を有する素子の製造
    方法において、前記複数種の部分パターンが合成する前
    記パターンとして交差指型領域に囲まれた領域のパター
    ンを選択する工程を有することを特徴とするパターン構
    造を有する素子の製造方法。 8、請求項7に記載のパターン構造を有する素子の製造
    方法は、前記基板として圧電層上に設けられた導電領域
    と、その上に設けられた感光層とを有するものを選択し
    、前記交差視指型領域として上記圧電基板上に形成する
    薄膜導体領域を選択することにより、弾性表面波素子を
    製造することを特徴とするパターン構造を有する素子の
    製造方法。
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