JPH04194939A - マスク形成方法およびパターン形成方法 - 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 本発明（Ｌ　半導体製造等のりソゲラフイエ程において
使用される縮小投影露光装置のマスクに関するものであ
り、特に　透過光に位相差を与える位相シフトマスクの
形成方法及び、そのマスクを用いたパターン形成方法に
関するものである。

従来の技術 従来、　ＩＣ及びＬＳＩ等の製造においては　紫外線を
用いたホトリソグラフィによってパターン形成を行って
いる。ホトリソグラフィにおける解像度Ｒは一般にレイ
リーの式により Ｒ＝ｋ・λ／　ＮＡ と表される。ここでλは紫外線の波長、ＮＡは縮小転写
露光装置のレンズの開口数、　ｋは定数である。

これより、素子の微細化に伴ない解像度を向上させるた
めに（よ　レンズの開口数ＮＡを高くしたり、また　紫
外線の露光波長λを短くすることが行われている。現在
、波長２４８ｎｍのエキシマレーザ−と、開口数０．４
〜０．５の縮小レンズを用いることによって０．３μｍ
の限界解像度が達成されている。しかし一方て　焦点深
度が浅くなり、プロセスマージンが小さくなるという欠
点もある。

ところで、縮小投影露光法における解像限界を向上する
方法として位相シフト法がある。位相シフト法によれは
　その解像限界は通常の透過型マスクによる露光法を用
いた場合の２倍程度向上する。従って、これによれは０
．１５μｍ程度の微細パターンを形成することが可能で
ある。この位相シフト法（唄　特別な露光装置を必要と
せすミ　通常の縮小投影露光装置において、従来の透過
型マスクを位相シフトマスクに変更するだけで行うこと
ができる。位相シフトに関しては　例えば　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
イシズミ　イーデー２９．ナンバー１２（１９８２）第
１２８２頁以降（ＴＥＥＥ：Ｔｒａｎｓ、ｏｎ　Ｅｌｅ
ｔｒｏｎ　Ｄｅｖｉｃｅｓ。

ＥＤ−２９，Ｎｏ、　１２（１９８２Ｌ　Ｐ、　＋２８
２−　）に示されている。上記の文献で提案されている
マスク（よ　露光部分を隔てて隣接する開口部分を透過
する露光光に１８ｏ。

の位相差を与えるものであり、投影露光装置で得られる
周期的にならぶパターンの解像力を向上させることがで
きる。

しかしながら、」二記方法では隣接する開口部が互いに
分離している時にのみ有効である。すなわち、光の透過
領域で、かつ透過光の位相を１８ｏ°変化させる位相シ
フトマスクの境界が存在するとき、そこでは１８０°の
位イ・Ｎ差を持つ２つの光が互いに相殺し　その振幅が
０になる。光強度は振幅の２乗で表されるので前記のよ
うな境界では光強度が０となり、この結果露光されるレ
ジストがポジレジストであれはその部分にレジストが残
ってしまし＼解像しないということになる。従って、従
来の方法で（主　光が透過する部分力（互いに分離して
おり、境界が存在しない閉ループでは適応が可能である
力丈　境界が存在するような開ループで（戴　シフター
の境界でパターンがつながり、適応が不可能である。半
導体素子のパターンにおいて（よ　配線等で開ループが
存在するのて　位相シフトマスクを適応できるパターン
が非常に限られてくるという問題があっｔラ　　この問
題を解決するために開ロバターンを透過する透過光の位
相差を開ロバターン内部で連続的にあるいは段階的に変
化させるように構成された多段の位相シフトマスクが提
案され九 すなわち、光の透過領域て　透過光との位相差を１８０
°持つシフターと、シフターのない領域との境界に　そ
の間の位相差を持つシフターを形成することによって、
多段の位相シフトマスクをつくる。この多段位相シフト
マスクを用いることによって、前記の開ループでのシフ
ターの境界でのレジスト残りをなくすことかでき、　レ
ジストパターンを解像させることかでき、非常に有効な
手段である。

ここで用いられる多段の位相シフトマスクの形成方法の
１例を第７図に示す。通常レチクルとして使用される石
英基板１１上に　電子ビームレジスト６１としてネガ型
のクロロメヂル化ボリスヂレンを約４．５０　ｎ　ｍ塗
布する。このレジストにまず１８０°位相差を生じさせ
る領域に２０／ｉＣ／Ｃｍ２以上の十分なドーズ量で電
子ビーム露光を行う　（第７図（ａ））。次に９０°位
相差を生じさせる領域に前記のドーズ量の３０〜５０％
程度のドーズ量で電子ビーム露光を行う（第７図（ｂ）
）。このレジストを専用現像液で現像することによって
、　ドーズ量が３０〜５０％程度であった領域の膜厚は
十分なドーズ量で露光した領域の膜厚の約１７２となり
、１８０°位相差を生じさぜる領域６１ＰＩ８１１と同
９０°位相差を生じさせる領域６］ｐｅｌｌよりなるレ
ジストパターン６１ｐから構成される多段の位相シフト
マスクを形成することができる（第７図（Ｃ））。

以上のようなプロセスを用いることにより、縮小転写露
光装置で使用される多段の位相シフトマスクを形成する
ことかできる。しかし　電子ビームリソグラフィにおい
て単層レジストで、多段のレジストパターンを形成する
と、電子ビームの近接効果等の影響により９０°位相差
を生じさせるべきシフターの領域６１Ｐ９１Ｉの部分の
膜厚制純　寸法制御が困難であり、正確で実用的な位相
シフトマスクを形成することができない。

発明が解決しようとする課題 上記のように　単層レジストによる多段位相シフトマス
ク形成は簡便な方法ではある力文　シフタ一部のドーズ
量が異なるた敦　レジストパターンの膜厚や寸法のコン
トロールか非常に困ガ［であるという問題点かある。電
子ビームリソグラフィを用いてレジストパターンを形成
する場合、電子のレジスト中での前方散乱　および基板
からの後方散乱による近接効果の影響のたム　レジスト
パターンが変形することがある。前記のよう置　レジス
トに対して必要ドーズ量を照射する１８０°℃位相差を
生じさせる領域６１Ｐ１８１］では正確なレジストパタ
ーンを形成することができる力（レジストに対して必要
ドーズ量の３０〜５０％程度のドーズ量しか照射しない
９０’位相差を生じさせる領域６１Ｐ９［１で（表正確
なレジストパターンを形成することかできない。すなわ
ち、アンダードーズのた敦　所望の寸法より４０〜５０
％程度細くなり、また　近接効果の影響のため、膜厚に
差が生じレジストパターンの断面形状が斜めにダしたよ
うな形状を示し　さらにビームのショットのあとかのこ
るようなシフターとなる。このようなシフターでは９０
°位相差を生じさぜる領域６１Ｐ９１］が不完全なため
、　レジストパターン′が解像しない。

また　前記従来例ではネガ型レジストを用いた場合を示
した力丈　ポジ型レジストを用いても同様に形成でき、
同じような問題点を生じる。すなわち、必要ドーズ量を
照射する領域は正確にパターン形成できるバ　必要ドー
ズ量の３０〜５０％しか照射しないアンダードーズの領
域では　レジストパターン寸法が細くなったり、また、
近接効果の影響のたぬ　レジスト膜厚に差か生成　断面
形状か斜めにダしてしましく　正確な多段の位相シフト
マスクを形成することかできない。本発明者ら（よこれ
らの課題を解決するために　多層レジスト法を用いた正
確な多段の位相シフトマスクの形成方法を完成しれ 課題を解決するための手段 本発明のマスク形成方法（上　下層に露光感度の悪いポ
ジ型レジストを、上層に露光感度の良いネガ型レジスト
を用℃（異なった種類のレジスト膜を形成し　上層レジ
ストのパターンを形成後、下層レジストのパターニング
を行し＼　多段のレジストパターンを形成し　透過光に
対して９０°に近い位相差を与える位相シフトマスクを
下層レジストにもうけたマスクを提供するものである。

また、本発明は　下層に露光感度の良いネガ型レジスト
を、上層に露光感度の悪いネガ型レジストを用い、　同
じ種類のレジス）・膜を形成シ上層レジス）・のパター
ンを形成（気　下層レジストのパターニングを行し＼　
多段のレジストパターンを形成Ｌ　透過光に対して９０
’に近い位相差を与える位相シフトマスクを下層レジス
トにもうげたマスクを提供する。

さら圏　また本発明は　下層に露光感度の悪いポジ型レ
ジストを、、上層に露光感度の良いネガ型レジストを用
い、　異なった種類のレジスト膜を形成し　上層レジス
トのパターンを形成した後、全面一］１− 一括露光により下層レジストにパターンを転写し上層レ
ジス［・」二から下層レジストの一部をパターニングす
ることによって、多投のレジストパターンを形成し　透
過光に対して９０’に近い位相差を与える位相シフトマ
スクを上層レジストにもうけたマスクを提供するもので
ある。また　下層に露光感度の悪いネガ型レジストを上
層に露光感度の良いネガ型レジストを用い、　同じ種類
のレジスト膜を形成し　上層レジストのパターニングを
行った後、上層レジスト」二から下層レジス）・のパタ
ーニングをすることによって、多段のレジストパターン
を形成し　透過光に刻して９０”に近い位相差を与える
位相シフトマスクを、上層レジストにもうけたマスクを
形成する方法を提供するものである。すなわち、同報　
または異種の二層レジストを用いるこ七によって、各々
のレジストに最適ドーズ量むを照射し　上層レジスト、
また（よ　下層レジストの一方に透過光に刻して９０’
の位相差を与えるシフターをもうけ、正確な位相シフト
マスクを形成することができる方法を提供するものであ
る。

作用 本発明（よ　前記した二層レジストプロセスにより、容
易に正確で実用的な多段の位相シフトマスクを形成する
ことかできる。特に　透過光に対して９０°の位相差を
与えるシフターと１８０″位相差を与えるシフターとを
上層・下層レジスト別々に最適ドーズ量を照射すること
によって形成することができるので、電子ビームの近接
効果の影響によるレジストパターンの寸１１．　　膜厚
の変動が少なく、正確な多段の位相シフトマスクを形成
することができる。このマスクを用いることによって、
縮小転写露光法により、０．１μｍ以下の微細デバイス
パターンを任意に容易に形成することかできる。従って
、本発明を用いることによって、正確な実用性の高し＼
　多段の位相シフトマスクを容易に形成することかでき
、微細パターン形成に有効に作用する。

実施例 ま咀　本発明の概要を述べる。本発明（よ　ネガ型レジ
スト、ポジ型レジストの異種　または同種の二層レジス
トを用いることによって、透過光に対して１８０°位相
差を生じさせる領域と、９０’位相差を生じさせる領域
とを、上層　下層）ノジス）・に別々に形成し　しかも
、最適ドーズ量で露光を行うことかできるので、電子ビ
ームの近接効果によるレジストパターン寸法のコントロ
ールが容易で、また、膜厚制御性も良く、容易（ζ　正
確な多段の位相シフトマスクを形成することができる。

（実施例１） 以下、本発明を用いたマスク形成方法の実施例を示′？
１％　第１図は本発明の第１の実施例の工程断面図であ
る。クロム膜１５よりなるパターンが形成されレヂクル
として使用される石英基板１１上に下層レジスト１２と
してポジ型レジストであるポリメチルメタクリｌ／　−
１□　（Ｐ　ＭＭ　Ａ、）を約０．６５７ｙｍ厚塗布し
　ざら顛　この上に、上層レジスト１３としてネガ型レ
ジストであるクロロメヂル化ポリスチレン（ＣＭＳ）を
約０．４０μｍ厚塗布しノラ　　このレジスト膜１３」
二の透過光に対して１８ｏ°位相差を生じさせるべき領
域に電子ビーム１４を用いて、加速電圧２０ｋＶ、ドー
ズ量３０μｃ／ｃｍ２で露光を行った（第１図（ａ））
。

専用現像液で現像シ上層レジストパターン１３Ｐを形成
した後、次に　下層レジスト１２の透過光に対して１８
０°および９０°位相差を生じさせるべぎ領域以外の領
域に　電子ビーム１４を用いて、加速電圧２０ｋＶ、ド
ーズ量１５０μｃ／ｃｍ２テ露光を行った（第１図（ｂ
））。イソプロピルアルコール（Ｉ　ＰＡ）により現像
することによって、下層レジストパターン１２Ｐを形成
し正確な多段の位相シフトマスクを形成することかでき
た（第１図（Ｃ））。

このプロセスを行う前には　すでにレヂクルである石英
基板−ににシフター以外のフロム膜のパターンか形成さ
れており、また、シフターを形成するためのアライメン
トキーも形成されている。以」−のように　本実施例に
よれは　異なった種類の二層レジストを用１．Ｘ、透過
光に刻して１８０°位相差を生じさせる領域と、９０°
位相差を生じさせる領域とを別々に形成することによっ
て高精度に多段の位相シフトマスクを形成することかで
きる。

（実施例２） 本発明の第２の実施例を第２図に示１％　　ｌノチクル
として使用される石英基板１１上に、　下層レジスト２
１として感度の良いネガ型レジストである化学増幅系ノ
ボラックレジストを約０．６５μｍ厚塗布し、さらＣ二
　　この上（二　上層レジスＩ・２２として感度の悪い
ネガ型レジストであるＣＭＳを約０．４０１１ｍ厚塗布
し氾　この上から電子ビーム２３を用いて、透過光に対
して１８０°位相差を生じさせる領域にドーズ量２０μ
ｃ／ｃｍ２で露光を行った（第２図（ａ））。専用現像
液により現像し、上層レジストパターン２２Ｐを形成し
た後、透過光に対して９０°位相差を生じさせるべき領
域にドーズ量５μｃ／ｃｍ２で電子ビーム露光を行った
（第２図（ｂ））。有機アルカリ水溶液を用いて現像す
ることによって、下層レジストパターン２ＩＰを形成し
　正確な多段の位相シフトマスクを形成することかでき
な （実施例３） 本発明の第３の実施例を第３図に示す。レヂクルとして
使用される石英基板１１」：ｆへ　下層Ｉノジスト３１
として感度の悪いポジ型レジストであるＰＭＭＡを約０
．３５μｍ厚塗布し　さら（へ　この上に上層レジスト
３２として感度の良いポジ型レジストであるポリフロロ
ブデルメタクリレート（ＦＢＭ）を約０．４μｍ厚塗布
しμ　この」二から電子ビーム３３を用いて、透過光に
対して１８０°位相差を生じさせる領域以外の領域にド
ーズ量５μＣ／Ｃｍ２で露光を行った（第３図（ａ））
。ＩＰＡを用いて現像を行し＼　上層レジストパターン
３２Ｐを形成した後、下層レジスト上に　透過光に対し
て１８０°および９０°位相差を生じさせる領域以外の
領域にドーズ量１５０μＣ／Ｃｍ２で電子ビーム露光を
行った（第３図（ｂ））。このレジスト膜をＩＰＡを用
いて現像することによって、下層レジス）・パターン３
１Ｐを形成し　正確な多段の位相シフトマスクを形成す
ることができ１゜以」二のように　本実施例によれは、
ポジ型またはネガ型の同じ種類の二層レジストを用いる
ことによって、透過光に刻して１８０°位相差を生じさ
せる領域と、９０°位相差を生じさせる領域とをそれぞ
れ別々（、へ　最適ドーズ量で形成することができ、高
精度に多段の位相シフトマスクを容易に形成することが
できる。

（実施例４） 本発明の第４の実施例を第４図に示机　レヂクルとして
使用される石英基板１１上に、下層レジスト４１として
、感度の悪いポジ型レジストであるＰＭＭＡを約０．４
０μｍ厚塗布し　さらに　この」−に、上層レジスト４
２として感度の良い化学増幅系のネガ型ノボラックレジ
ストを約０．６５μｍ厚塗布しｆ、　　この」−から、
透過光に対して１８０°および９０°位相差を生じさぜ
るべき領域に電子ビーム４３を用いて、　ドーズ量５μ
ｃ／ｃｒｎ２で露光を行った（第４図（ａ））。有機ア
ルカリ水溶液を用いて現像を行（＼　上層レジストパタ
ーン４２Ｐを形成した後、遠紫外線を全面一括に露光す
ることによって下層レジストにパターンを転写した（第
４図（ｂ））。さらに　この」二から、透過光に対して
位相差が９０°生じる領域に電子ビーム４３を用いて、
　ドーズ量１００μｃ／ｃｍ２で露光を行った（第４図
（Ｃ））。露光を行うことによって、上層レジストの下
にある下層レジストが露光さｈＩ＝１８− ＰＡを用いて現像を行うことによって、正確な多段の位
相シフトマスクを形成することができた（第４図（ｄ）
）。

以上のようｉヘ　　本実施例によれは　異なった種類の
二層レジストを用いることによって、透過光に対して１
８０°、および９０°位相差を生じさせる領域を別々に
　最適ドーズ量で形成することかでき、さらに　上層レ
ジストに９０’位相差を生じさせるシフターが形成でき
るので、容易に高精度に多段の位相シフトマスクを得る
ことができる。

（実施例５） 本実施例の第５の実施例を第５図に示机　レチクルとし
て使用される石英基板１１上に下層レジスト５１として
感度の悪いネガ型レジストとしてＣＭＳを約０．４μｍ
厚塗布し　さらに　この上に上層レジスト５２として感
度の良いネガ型レジストとじて化学増幅系ノボラックレ
ジストを約０．６５μｍ厚塗布した　この上から透過光
に対して１８０°、および９゜°の位相差を生じさせる
領域に電子ビーム５３を用いて、　ドーズ量５μＣＺＣ
ｍ２で露光を行った（第５図（−１９＝ ａ））。有機アルカリ水溶液を用いて現像することによ
って上層レジストパターン５２Ｐを形成し八　この上か
ら、透過光に刻して１８ｏ°位相差を生じさせる領域に
電子ビーム５３を用いて、　ドーズ量２ｏ／、１０７０
ｍ２で露光を行った（第５図（ｂ））。このレジストを
専用現像液を用いて、現像することによって、下層レジ
ストパターン５１．Ｐを形成することができ、正確な多
段の位相シフトマスクを形成することができた（第５図
（Ｃ））。

以上のよう圏　本実施例によれば　同じ種類の二層レジ
ストを用いることによって、透過光に対して１８０°お
よび９０’の位相差を生じさせる領域を別々に　最適ド
ーズ量で形成することができ、さら番へ　上層レジスト
に９０”位相差を生じさせるシフターが形成できるので
、容易に高精度に多段の位相シフトマスクを得ることが
できる。

（実施例６） 本発明の第６の実施例を第６図に示机 半導体基板７上に感光性材料としてレジスト７２を塗布
し　熱処理を行１．Ｘ、１．２μｍ厚のレジスト膜−２
〇− を形成した（第６図（ａ））。このレジス）・膜上に実
施例１で形成した位相シフトマスク７３を用いて、通常
のｇ線縮小転写露光装置により露光を行っｔ島（第６図
（ｂ））。この後レジスト膜を有機アルカリ水溶液によ
り現像を行（＼　０．２５μｍＬ／Ｓの微細レジストパ
ターン７２Ｐを形成することができた　（第６図（Ｃ）
）。以上のように本実施例によれば　位相シフトマスク
を用いて、従来の紫外線露光を行うことによって、従来
形成できなかった微細なパターンを形成することかでき
る。また　使用するマスクとしては実施例１以外に実施
例２，３，４．５のいずれを用いてもよい。

発明の詳細 な説明したよう（ζ　本発明によれは、ポジ型またはネ
ガ型レジストのうち、同種または異種の二層レジストを
用い、　透過光に対して、１８０°位相差を生じさせる
領域と、９０°位相差を生じさせる領域を別装置　最適
ドーズ量で形成することができ、さらに　上層レジスト
、または下層レジストのどちらか一方に９０°位相差を
生じさせるシフターを形成することができるので、高精
度に　容易に多段の位相シフトマスクを得ることができ
る。このマスクを用いることによって、あらゆるデバイ
スパターンにおいて位相シフトマスクを適応することが
でき、露光光源に従来の紫外線を用いて０．３μｍルー
ルのパターン形成が可能となり、また２４８ｎｍの波長
のエキシマレーザ−では０，１５μｍルールのパターニ
ングが可能となり、縮小投影露光技術の限界をより伸ば
すことができ、その実用的効果は大きく、超高密度集積
回路の製造に大きく寄与することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明における一実施例の工程断面１第２．３
，４，５．６図は同種の実施例の工程断面１第７図は従
来の位相シフトマスク形成方法の工程断面図である。 １１・・・・石英基板、１２・・・・下層レジスト、１
３・・・・上層レジスト、１４・・・・電子ビー八１５
・・・・クロム風 代理人の氏名　弁理士　小鍜冶　明　ほか２名第３図 第４図 第５図 第６図

Claims (6)

【特許請求の範囲】
1. （１）投影露光装置に用いられるレチクル上に前記レチ
   クルの透過光の位相が３種類以上存在するように、前記
   透過光に位相差を与える位相シフトマスクを有するマス
   クの形成方法において、下層に露光感度の悪いポジ型レ
   ジストを、上層に露光感度の良いネガ型レジストを用い
   、異なった種類のレジスト膜を形成し上層レジストのパ
   ターンを形成後、下層レジストのパターニングを行い、
   多段のレジストパターンを形成し透過光に対して９０゜
   に近い位相差を与える位相シフトマスクを下層レジスト
   に作成することを特徴とするマスク形成方法
2. （２）投影露光装置に用いられるレチクル上に前記レチ
   クルの透過光の位相が３種類以上存在するように、前記
   透過光に位相差を与える位相シフトマスクを有するマス
   クの形成方法において、下層に露光感度の良いネガ型レ
   ジストを、上層に露光感度の悪いネガ型レジストを用い
   、同じ種類のレジスト膜を形成し、上層レジストのパタ
   ーンを形成後、下層レジストのパターニングを行い、多
   段のレジストパターンを形成し、透過光に対して９０°
   に近い位相差を与える位相シフトマスクを下層レジスト
   に作成することを特徴とするマスク形成方法
3. （３）ネガ型レジストのかわりに、下層に露光感度の悪
   いポジ型レジストを、上層に露光感度の良いポジ型レジ
   ストを用い、同じ種類のレジスト膜から位相シフトマス
   クを形成することを特徴とする特許請求の範囲第２項記
   載のマスク形成方法。
4. （４）投影露光装置に用いられるレチクル上に、前記レ
   チクルの透過光の位相が３種類以上存在するように、前
   記透過光に位相差を与える位相シフトマスクを有するマ
   スクの形成方法において、下層に露光感度の悪いポジ型
   レジストを、上層に露光感度の良いネガ型レジストを用
   い、異なった種類のレジスト膜を形成し、上層レジスト
   のパターンを形成した後、全面一括露光により下層レジ
   ストにパターンを転写し、上層レジストから下層レジス
   トの一部をパターニングすることによって、多段のレジ
   ストパターンを形成し、透過光に対して９０゜に近い位
   相差を与える位相シフトマスクを上層レジストにもうけ
   ることを特徴とするマスク形成方法。
5. （５）投影露光装置に用いられるレチクル上に前記レチ
   クルの透過光の位相から３種類以上存在するように、前
   記透過光に位相差を与える位相シフトマスクを有するマ
   スクの形成方法において、下層に露光感度の悪いネガ型
   レジストを、上層に露光感度の良いネガ型レジストを用
   い、同じ種類のレジスト膜を形成し、上層レジストのパ
   ターニングを行った後、上層レジスト上から下層レジス
   トのパターニングをすることによって、多段のレジスト
   パターンを形成し、透過光に対して９０゜に近い位相差
   を与える位相シフトマスクを上層レジストにもうけるこ
   とを特徴とするマスク形成方法。
6. （６）半導体基板上に感光性材料を塗布する工程と、上
   記マスクを用いてパターンを前記感光性材料に転写する
   工程と、前記感光性材料を現像しパターンを形成する工
   程とを備えてなることを特徴とするパターン形成方法。