JPH04107457A - レジストパターン形成方法 - 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、半導体装Ｍ等の製造工程中で使用されるレ
ジストパターンの形成方法に関するものである。

（従来の技術） 投影露光によるホトリソグラフィ技術の分野においても
、半導体装置の高集積化に対応出来る微細なレジストパ
ターンを形成出来る技術が種々提案されている。

それらの技術の中で注目されている技術の一つに位相シ
フト法と称される技術がある。

この位相シフト法は、Ｌｅｖｅｎｓｏｎ　（レヘンスン
等）によって例えば文献■（アイイーイイ−トランザク
ション　エレクトロン　デバイス（ＩＥＥＥ　　Ｔｒａ
ｎ、ＥｌｅｃｔｒｏｎＤｅｖｉｃｅ、Ｖｏｌ、ＥＤ−２
９（１９８２）ｐ、１８２８．同Ｖｏ１．ＥＤ−３１（
１９８４）ｐ、７５３）に報告されている技術であり、
ウェハ上での光コントラストを上げるためにホトマスク
上に露光光の位相をすらす透明な薄膜（シフタ）を部分
的に設けて投影露光法の解像力を向上させる技術である
。

位相シフト法の具体的な利用例として従来は以下に説明
するような技術かあった。

先ず、特公昭６２−５９２９６号公報に開示の技術。こ
れについて、第３図（△）〜（Ｄ）及び第４図（△）〜
（Ｄ）を参照して簡単に説明する。ここで、第３図（Ａ
）は、ガラス基板１１にクロム膜で構成した遮光部１３
及びこれら間に構成される光透過部１５を臭えた通常の
ホトマスクの断面図、第４図（△）は、位相シフト法を
利用しているホトマスク（位相シフト法用ホトマスク）
の断面図、残る各図は、ホトマスウ上或いはウェハ上の
位置に対する電場或いは光強度の様子を示した図である
。

通常のホトマスクでは、ライン・アンド・スペースのピ
ッチ（遮光部］３及び光透過部１５のピッチ）か小さく
なると、ウェハの遮光部１３と対向する部分の光強度は
光透過部１５からの光の回折かあるため小さくならない
（第３図（Ｄ））。この１とめ、レジストパターンを解
像出来なくなる。

これに対し、特公昭６２−５９２９６号公報に開示の位
相シフト法用のホトマスクは、光透過部１５の隣り合っ
たものの少なくとも一対において、透過光が干渉して強
め合うことがないように上記１対の光透過部を通過する
光に位相差を与えるシフタ１７か上記１対の光透過部の
一方に設けられている。このため、隣接する光透過部を
通過した光同士は位相が１８０°すれているので（第４
図（Ｂ））　、回折光は相殺され、ウェハの遮光部１３
と対向する部分での光強度はシフタか無い場合に比へ小
さくなる。このため、ウェハの遮光部１３と対向する部
分及び光透過部１５と対向する部分の光強度比か大きく
なるので（第４図（Ｄ））　、シフタか無いホトマスク
を用いる場合より、微細なライン・アントスペースパタ
ーンが得られる。

ま１と、例えばこの出願の出願人に係る文献■（半導体
集積回路技術第３７回シンポジウム講演論文集（１９８
９，１２）ｐ、１３〜１８）には、ネガ型レジストに微
細なホールパターンを形成するべく位相シフト法を利用
した技術が開示されている。異体的には、第５図（Ａ）
又は（Ｂ）に平面図を以って示すように、ホトマスク２
１のホールパターン用の遮光部形成予定領域２３をクロ
ム膜２５て全て構成するのではなく一部シフタ２７で構
成しでいる技術である。シフタ２７を通った光と遮光部
形成予定領域２３以外の領域を通った光とを干渉させて
ホトマスク２１の当該領域２３下方での光強度を低下さ
せている。なお、第５図（Ａ）及びＣＢ）は共に平面図
であるか、クロム膜２５及びシフタ２７を強調するため
これらにハツチングを付しで示しである。

まプと、例えば文献（エスピーアイイー（ＳＰＩＥ）、
Ｖｏｌ、１０８８（１９８９）、ｐ２５）には、ポジ型
レジストに微細なホールパターンを形成するべく位相シ
フト法を利用しプと技術か開示されている。この文献に
開示されているホトマスク３］は、第６図に平面図を以
って示ずように、目的とするホールを得るための主光透
過部３３と、主光透過部３３近傍に設けられこれ自体で
はレジストのパターンを解像し得ない非常に微細な幅（
０，５ｕｍ程度の幅）の補助光透過部３５とを具え、か
つ、補助光透過部３５上にシフタ３７（図中ハツチング
を付したもの）を具えて成っていプと。主光透過部３３
を通った光とシフタ付き補助光透過部３５を通った光と
を干渉させ主光透過部３３下方での光強度を低下させて
いる。なお、第６図においで３９は遮光膜（クロム膜）
である。また、この図においても、第５図同様、クロム
膜３９及びシフタ３７を強調するためこれらにはハツチ
ングを付しである。

（発明が解決しようとする課題） しかしながら、上述のいずれの技術であっても、より微
細なレジストパターンを形成する場合、投影露光装置の
解像力等の制約からあのすと限界かある。従って、ネガ
型レジストを用い孔径か例えば０．２ｕｍ以下のレヘル
のホールパタンを、またポジ型レジストを用い例えば太
さか例えば０．２ｕｍ以下のレヘルのどラーパターンを
形成することは非常に困難であり、ま１と、このような
パターンか形成出来たとしてもそれを得るためのフォー
カスマージンは非常に狭くなると予想される。

この発明はこのような点に鑑みなされたものであり、従
ってこの発明の目的は、０．２ｕｍレベル以下の微細な
ホールパターンやピラーパターンを形成出来ると共にそ
の際のフォーカスマージンが広いレジストパターン形成
出来る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、この出願の発明者は種々の
検討を重ねた。その結果、位相シフト法で用いるシフタ
のエツジ部かホトマスクの光透過部内に存在する場合、
このエツジ部と対向するレジスト部分上にはシフタ側を
通過した露光光と光透過部側を透過した露光光との干渉
により光強度か非常に小さい領域か生しることに着目し
た。そして、このことをレジストパターン形成に積極的
（こ利用すること（こより、この発明を完成する（こ至
った。

従って、この発明によれば、投影露光法によつレジスト
パターンを形成するに当たり、光の位相をシフトさせる
シフタを有するホトマスクを用いレジストに対して第１
の露光を行う工程と、 第１の露光で用いたホトマスク、又は、該ホトマスクと
は別のホトマスクであって光の位相をシフトさせるシフ
タを有する第２のホトマスクを、前述の第１の露光時の
シフタのエツジラインに対し当該ホトマスクのシフタの
エツジラインが交差するように用い前述のレジスト（こ
対し第２の露光を行う工程と を含むことを特徴とする。

なお、この発明の実施に当たり、前述のシフタのエツジ
ラインは通常は直線とするのか良いか、設計によっては
曲線、ジグザグ線等任意のラインに出来る。またシフタ
の膜厚ｔは、シフタを透過した光の位相と、光透過部の
シフタを設けていない部分を透過した光の位相とを１８
０°すらすことか出来る膜厚か最も好ましくその場合は
ｔ−λ（２（ｎ−１））を満足する値とすれば良い（但
し、λは露光光の波長、ｎはシフタを構成する材料の前
記露光光に対する屈折率である。）。しかし、膜厚ｔか
士−λ（２（ｎ−１）を満足する値から多小すれても、
効果は得られる。この膜厚ｔは設計に応して適正な値に
決定するのが良い。

また、シフタは、露光光に対し透明な材料で構成するの
が好ましく、例えばＳｉＯ２膜、ＳｉＮ膜、スピオング
ラス、レジスト等で構成するのか好適である。

また、第２の露光（こおいてホトマスクのシフタのエツ
ジラインを第１の露光時のシフタのエツジラインに対し
交差させるさえ方は、直交させても良いし、直交以外の
ある角度で交差させても良く、パターン設計に応じ任意
な方法と出来る。

また、第１の露光と、第２の露光における露光量は同じ
ても異なっても良く設計に応し変更すれば良い。但し、
第１及び第２露光それぞれの露光量は、用いるレジスト
の感度以上とする必要かある。

また、この発明のレジストパターン形成方法において、
パターンの解像度は、光学系に関しては、投影レンズの
開口数、露光光のコヒーレンスσ、また露光光の波長に
依存する。具体的には、短波長化、高開口数化、またコ
ヒーレンジを上げること（０を小さくすること）により
解像度は向上する。従って、露光装置等はこの点を考慮
して決定するのか良い。

具体的には、露光光としては、現在使用されている９線
、ｉ線、将来有望視されているＫｒＦやＡｒＦ等のエキ
シマレーザ等の種々のものを使用出来る。また、露光光
のコヒーレンシー〇は、０．１〜０．７の範囲にあるこ
とが解像力の点から好ましい。より高解像力化を図るた
めには、σは０．２〜０．３であることか好ましい。

また、この発明のレジストパターン形成方法は、用いる
レジストをネガ型のレジストとすることによりこのレジ
ストにホールパターンを形成することか出来、用いるレ
ジストをポジ型のレジストとすることによりたこのレジ
ストにピラーパターンを形成することか出来る。

用いるレジストとしては、特に限定はないか、ネガ型レ
ジスト、ポジ型レジスト共、露光光に高い感度を有しか
つ高解像力を有するものか好ましい。

（作用） この発明のレジストパターン形成方法によれば、第１の
露光及び第２の露光は、各露光で用いるホトマスクをそ
れに備わるシフタのエツジか交差するように用いで行わ
れる。ここで、位相シフト法用のシフタのエツジライン
下方では、シフタを通過した光とシフタ以外を通過した
光との干渉により光強度は低下する。このため、第１の
露光及び第２の露光か終了すると、レジストの、第１及
び第２の露光で用いたホトマスクのシフタのエツジライ
ンの交差部分に対応する部分か、未露光部になる。従っ
て、レジストかネガ型レジストであればこの未露光部が
現像液により溶解しホルパターンになり、ポジ型レジス
トでればこの未露光部が現像後も残存しピラーパターン
になる。

また、シフタのエツジライン下方での光強度の低下具合
は、露光量を増加させると少くなり露光量を減少させる
と多くなるから、上記未露光部の面積は露光量を増加さ
せると小ざくなつ、露光量を減少させると大きくなる。

従って、パターン寸法を露光量により制御出来るので、
この発明のレジストパターン形成方法はフォーカスマー
ジンか広いパターン形成方法といえる。また、露光量を
変えることによりパターン寸法か変化するということは
、第１の露光の露光量と第２の露光の露光量とを違える
ことにより楕円のホールパターンや楕円のピラーパター
ンの形成か可能なことを意味し、この点ても有用である
。

（実施例） 以下、１線用投影露光装置及びネガ型レジストを用いこ
のレジストにホールパターンを形成する例により、この
発明のレジストパターン形成方法の実施例を説明する。

しかしなから、この実施例で述へる使用材料、使用装置
及び膜厚、時間等の数値的条件はこの発明ｖｉ−説明す
るための単なる例示にすぎない。従って、この発明か、
これら材料、装置、数値的条件に限定されるものでない
ことは理解され１とい。また、以下の説明を図面を参照
して行うが、参照する図面はこの発明を理解出来る程度
に各構成成分の寸法、形状配置関係を概略的に示しであ
るにすぎない。

いたホトマスクの説明 ます、この実施例で用いたホトマスクについて説明する
。第１図（△）は第１の露光て用いたホトマスク４１（
以下、第１のホトマスク４］）の要部を上方から見て概
略的に示し１と平面図、第１図（Ｂ）は第２の露光で用
いたホトマスク５１（以下、第２のホトマスク５１）の
要部を上方から見て概略的に示した平面図である。両ホ
トマスウ４１．５１は、いずれも、ガラスブランク４３
と、該ガラスブランク４３の一部領域上に設けたシフタ
４５と、ガラスブランク４３のシフタを設けなかった部
分から成る光透過部４７とて構成しである。なお、両図
ではホトマスクに備わるシフタ４５を強調するため、シ
フタ４５はハツチングを付して示しである。

ここてシフタ４５は、この部分を透過する光の位相と光
透過部４７を透過する光の位相とに差を生しさせるため
のもので、この実施例では、ポリメチルメタクリレート
（ＰＭＭＡ）から成る薄膜であって厚さか３２０ｎｍの
薄膜で構成しである。この膜厚は、１線に対し推定され
るＰＭＭＡの屈折率から計算してシフタ４７を透過した
露光光の位相かほぼ反転する値になる。すなわち、ホト
マスクの、シフ’；）４５ｕ透過した光と、光透過部４
７を透過した光とは位相か（Ｊ（よ７８０°すれること
になる。

なお、第１のホトマスク４１と第２のホトマスクとは、
別途に作製しても良いし、または、第１のホトマスク４
］を平面的（こ所定の角度回転させて使用することで兼
用しても良い（図示例の場合は第１のホトマス’７４１
ｕ９０°右回転させると第２のホトマスク５１として使
用出来る。）。

バターニング− スピンコード法により、シリコン基板上にネガ型レジス
トとしてこの実施例の場合ＦＳＭＲ（富士薬品工業（株
）製レジスト）を所定の膜厚で塗布する。

次に、レジスト塗布済みのこのシリコン基板をホットプ
レートを用い熱処理しレジストのブリヘ−りを行う。

次に、この試料をｉ線用の１０・１縮少投影露光装置（
開口数−０，４２，コヒレンシーσ０．５）にセットし
、先す腑１のホトマスク４１を介し１７０ｍＪ／ｃｍ２
の露光量で第１の露光をする。第２図（Ａ）は、第１の
露光終了後のレジストに形成される潜像を示した図であ
る。レジスト６１ては、第１のホトマスク４１のシフタ
４７のエツジラインａ−ａと対応する部分か未露光部６
３となり、それ以外の部分か露光部６５（ハツチングを
付しである部分。）となる。

次に、露光装置にセットしである第１のホトマスク４１
を第２のホトマス／７５１と交換し、然も、第２のホト
マスク５１のシフタ４７のエツジラインｂ−ｂか第１の
ホトマスク４］のシフタのエツジラインａ−ａに対し交
差するように（この実施例では直交するように）第２の
ホトマスク５１を露光装置にセットし、この第２のホト
マスク５１を介し第１の露光時と同じ露光量で上記試料
を露光する。

この第２の露光終了後にレジスト６１に形成される潜像
は、露光が第２の露光のみの場合であれば第２図（Ｂ）
に示すよう（こ第２のホトマスク５１のジッタ４７のエ
ツジラインｂ−ｂと対応する部分か未露光部６３となり
それ以外の部分が露光部６５となる潜像であるか、第１
の露光か既に行われていることから、第１及び第２の露
光終了後にレジスト６１に形成される潜像は、第２図（
Ｃ）に示すように、２つのエツジラインａａ、ｂ−ｂの
交差部分１こ対応するレジスト部分Ｃのみか未露光部６
３となる潜像になる。

ここて、１７０ｍＪ／Ｃｍ２という上記露光量は、ＦＳ
ＭＲの感度Ｄ１０　（現像後の残存膜厚か初期膜厚の１
００％となる露光量１００ｍＪ／ｃｍ２）より十分多い
露光量であるので、第１の露光或いは第２の露光でのレ
ジストの露光部は現像液に対し充分に不溶化する。

次に、この試料をＦＳＭＲ専用現像液を用い１２０秒間
スプレー現像する。

次に、現像の終了した試料を走査型電子顕微鏡を用い観
察したところ、０．２ｕｍ径のホールパターンか２つの
エツジラインａ−ａ、ｂ−ｂの交差部分に対応するレジ
スト部分Ｃに形成されていることか分った。

次に、第１及び第２の露光の露光量を共に１００　ｍ　
Ｊ　／　ｃ　ｍ　２としたこと以外は上述のバターニン
グ実験の手順と同様な手順で別途にパターニング実験を
行う。このパターニング実験においても、２つのエツジ
ラインａ−ａ、ｂ−ｂの交差部分に対応するレジスト部
分Ｃにホールパターンか形成出来たか、このホールパタ
ーンは０．３ｕｍ径のものであった。

上述のバターニング実験結果から明らかなように、この
発明のレジストパターン形成方法によれば、レジストの
、第１及び第２のホトマスクのシフタのエツジラインの
交差部と対応する部分に、従来の方法では解像し得ない
微細なホールバタンか形成出来、さらに、このホールパ
ターンの寸法は、露光量の関数であり第１及び第２の露
光時の露光量を変えること（こより変更出来ることか理
解出来る。

上述においては、この発明のレジストパターン形成方法
の実施例について説明したか、この発明は上述の実施例
に限られるものではない。

例えば、レジストをポジ型レジストとしても勿論良い。

ポジ型レジストを用いる場合は、このレジストの上記２
つのエツジラインの交差部（こ対応する部分に従来解像
し得ない微細なピラーバタンを形成出来る。ここで用い
得るポジ型レジストとしては、種々のものを用いること
か出来るか、露光光か９線なら例えばＴＳＭＲ−Ｖ５　
（東京応化工業（株）製レジスト）を、露光光か１線な
ら例えばＴＳＭＲ−３６５ＩＲ（東京応化工業（株）製
レジスト）を用いることか出来る。

また、露光光を１線以外のものとしレジストをこの光源
に対応するレジストとしでも良い。例えば、露光光ｕＫ
ｒＦエキシマレーザとしレジストを例えば５ＮＲ２４８
−１（シラプレー社製ホトレジスト）とした構成の場合
も実施例と同様な効果を得ることか出来る。

また、上述の実施例は、主として今後のＬＳＩ（例えば
２５６Ｍｂｉ　ｔＤＲＡＭ等）製造において最も形成が
困難とされるホールパターンの形成にこの発明を利用し
た例であったか、この発明は微細な未露光部を必要とす
る種々のパターン形成に適用出来ることは明らかである
。

（発明の効果） 上述した説明からも明らかなように、この発明のレジス
トパターン形成方法によれば、位相シフト法用のシフタ
を有するホトマスつてはシフタのエツジライン下方てシ
フタを透過した光と光透過部を透過した光との干渉によ
り光強度か極めて弱くなることを利用し、さらに、この
ようなホトマスクを用い２回の露光を行いかつ２回目の
露光では上記エッジラインが第１回目のエツジラインに
交差するようにホトマスクを用いるので、２回の露光か
終了した後は、レジストの、上記エツジラインの交差部
と対向する部分に従来ては形成し得ない微細な未露光部
を形成出来る。このため、ネガ型レジストを用いること
によりこのレジストに０．２ｕｍ径レヘルのホールパタ
ーンが形成出来、また、ポジ型レジストを用いることに
よりこのレジストに０．２ｕｍ径レヘルのピラーバタン
か形成出来る。

また、上記微細な未露光部の面積は露光量を増減するた
けて容易に可変出来る。

従って、微細なレジストパターン形成が可能でかつフォ
ーカスマージンの広いレジストパターン形成方法ヲ提供
出来る。

また、この発明のレジストパターン形成方法では、２回
の露光を行うので、一方の露光で用いたホトマスクの、
シフタのエツジライン以外の領域こ欠陥（例えば遮光効
果を与えるようなゴミ等）が存在しても、他方の露光に
おいでこの欠陥部分に対応するレジスト部分は露光され
るようになる。このように、ホトマスクの欠陥かレジス
トに影響しにくいため、欠陥の少いレジストパターン形
成か可能になる。

【図面の簡単な説明】

第１図（Ａ）及び（Ｂ）は、実施例の第１の露光で用い
たホトマスク及び第２の露光で用いプとホトマスクの説
明図、 第２図（Ａ）〜（Ｃ）は実施例のレジストパターン形成
方法の説明に供する図、 第３図（Ａ）〜（Ｄ）及び第４図（Ａ）〜（Ｄ）は、従
来技術の説明に供する図、第５図（Ａ）及び（Ｂ）は、
従来技術の他の例の説明に供す歪図、 第６図は、従来技術のさらに他の例の説明に供する図で
ある。 ４］・・・第１の露光で用いたホトマス／７（第１のホ
トマスク） ４３・・・ガラスブランク ４５・・・シフタ、　　　　４７・・・光透過部ａ−ａ
・・・シフタのエツジライン ５１・・・第２の露光で用いたホトマスク（第２のホト
マスク） ｂ−ｂ・・・シフタのエツジライン ６１・・・レジスト、　　　　６３・・・未露光部６５
・・・露光部 Ｃ・・・２つのエツジラインの交差部分に対応するレジ
スト部分（未露光部）。 特許■願人　　　　沖電気工業株式会社ハ くぐ ｍ １」 Ｕ」 田 ○ 田 一　　ト　　ク ヘ　　　ＣＸＪ　　　　ヘ １１飄 ロコ ＼−／ Ｌ 区 区

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. （１）投影露光法によりレジストパターンを形成するに
   当たり、 光の位相をシフトさせるシフタを有するホトマスクを用
   いレジストに対して第１の露光を行う工程と、 前記ホトマスク又は該ホトマスクとは別のホトマスクで
   あって光の位相をシフトさせるシフタを有する第２のホ
   トマスクを、前記第１の露光時のシフタのエッジライン
   に対し当該ホトマスクのシフタのエッジラインが交差す
   るように用い前記レジストに対し第２の露光を行う工程
   と を含むことを特徴とするレジストパターン形成方法。
2. （２）請求項１に記載のレジストパターン形成方法にお
   いて、 前記シフタの膜厚ｔを、ｔ＝λ（２（ｎ−１））を満足
   する値を含むその近傍の値としたことを特徴とするレジ
   ストパターン形成方法（但し、λは露光光の波長、ｎは
   シフタを構成する材料の前記露光光に対する屈折率であ
   る。）。
3. （３）請求項１に記載のレジストパターン形成方法にお
   いて、 前記レジストをネガ型レジストとし、該レジストの、前
   記エッジラインの交差部に対応する部分にホールパター
   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。
4. （４）請求項１に記載のレジストパターン形成方法にお
   いて、 前記レジストをポジ型レジストとし、該レジストの、前
   記エッジラインの交差部に対応する部分にピラーパター
   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。