JPH04267537A - 露光方法及び半導体素子の製造方法 - Google Patents

露光方法及び半導体素子の製造方法

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JPH04267537A
JPH04267537A JP3050671A JP5067191A JPH04267537A JP H04267537 A JPH04267537 A JP H04267537A JP 3050671 A JP3050671 A JP 3050671A JP 5067191 A JP5067191 A JP 5067191A JP H04267537 A JPH04267537 A JP H04267537A
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phase shift
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Akiyoshi Suzuki
章義 鈴木
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  • Preparing Plates And Mask In Photomechanical Process (AREA)
  • Exposure And Positioning Against Photoresist Photosensitive Materials (AREA)
  • Testing Or Measuring Of Semiconductors Or The Like (AREA)
  • Exposure Of Semiconductors, Excluding Electron Or Ion Beam Exposure (AREA)

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】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は半導体素子製造用の露光
装置に好適な露光方法に関し、特に所謂位相シフト法を
利用してレチクル面上(マスク面上)に形成した電子回
路パターンを投影レンズを介してウエハ面上に投影露光
する所謂ステッパーや直接ウエハ面上に転写する露光装
置に好適な露光方法に関するものである。
【0002】
【従来の技術】半導体素子製造技術の進展は近年益々、
加速度を増しており、それに伴なって微細加工技術は現
在1MDRAMを境にサブミクロンの領域にまで進展し
てきている。微細加工技術によりウエハ面上に形成する
投影パターンの解像力を向上させる一方法として露光光
の波長を固定にして投影光学系のNA(開口数)を大き
くしていく方法がある。
【0003】この方法はある程度まで解像力は向上する
が一般に投影光学系の焦点深度がNAの2乗に反比例し
てくる為、サブミクロンまでの高解像力を得ようとする
と焦点深度が浅くなり、製造誤差等によりNAを大きく
した分解像力を向上させるのが難しくなってくる。
【0004】又、高解像力化を図る他の一方法として波
長の短い光、例えばエキシマレーザに代表される光源か
らの光を用いる方法がある。この短波長の光を用いると
解像力の向上と共に波長比の分だけ焦点深度が深くなっ
てくる。
【0005】この他、最近では高解像力化を図る方法と
して所謂位相シフト法を適用した位相シフトマスクを用
いる方法があり、例えば特公昭62−50811号公報
、日経マイクロデバイス、1990年7月号108頁そ
してIEEE(VOL.ED−29.No12,198
2)等で種々と提案されている。
【0006】この方法は従来のマスクパターンを形成す
る透明パターン部の一部に通過光束に例えば180度の
位相差を付与する透明薄膜(位相シフト膜)を形成し、
これによりマスクパターンの解像力及びコントラストを
向上させる方法である。投影光学系の解像力RPは波長
をλ、係数をk1 とすると一般に RP=K1 ・λ/NA で示される。係数K1 は通常のマスクを用いた場合は
K1 =0.7〜0.8である。これに対して位相シフ
ト法を用いると係数K1はK1 =0.35程度となり
、解像力を大幅に向上させることができる。
【0007】このような解像力の向上はドラスティック
なものであり、従来の光リソグラフィの限界を広げるも
のとして注目されている。
【0008】位相シフトマスクには種々のタイプのもの
があり、例えば比較的効果の高いものとして空間周波数
変換型(Levensonタイプ)と呼ばれるものがあ
る。
【0009】
【発明が解決しようとする課題】空間周波数変換型の位
相シフトマスクは位相シフト効果が良好で比較的容易に
高解像力化を図ることができるが (イ),位相シフト膜を付けれないパターンが存在する
こと (ロ),(イ)に関連してネガ型レジストを使用せざる
を得ないこと等の問題点があった。
【0010】図8は位相シフト膜を付けることができな
いパターンの一例である。同図において斜線で示した領
域81は不透過領域、白い領域82は透過領域である。 このような連続パターンの場合には位相シフト膜を例え
ば領域3に付けると、その境界Bで光強度が0となり境
界線が現われてきて、結像させるパターンを歪ませてし
まう。
【0011】これに対して多段の位相シフト膜を設けて
境界線の発生を防止する方法が応用物理学会秋期講演会
予稿集、491頁、1990年で提案されている。
【0012】しかしながらこの方法は作成が大変面倒で
あり、又余分な工程を経なければならないといった問題
点があった。
【0013】本発明はパターンの方向性に着目し、その
方向性を利用することにより位相シフト膜を付ける制限
を解除し、どのようなパターンであっても位相シフト膜
の付着も可能とし、又ネガ型レジストを用いずに従来よ
り実績のあるポジ型レジストを用いたプロセスを構築す
ることができ、高解像力のパターン像が容易に得られる
露光方法の提供を目的とする。
【0014】
【課題を解決するための手段】本発明の位相シフト膜を
付けるのに制約があるというのはもともとICパターン
自体の特殊性であり、この意味から言ってパターンの方
向性を利用するのは許容される為、このときのパターン
の方向性に着目しその方向性を利用することによって位
相シフト膜を付ける制限を解除したことを特徴としてい
る。
【0015】即ち、本発明の露光方法ではパターンに位
相シフト膜をかけときに生じる境界線を、位相シフト膜
をかけた効果のでる方向と直交する方向に微小量ずらし
て多重露光することにより、除去することを特徴として
いる。
【0016】例えば位相シフト膜の効果を期待できる方
向、例えばパターンの空間周波数の高い方向と直交する
方向にずらし多重露光することによって、効果のでる方
向に関しての位相シフト効果を何ら損なうことなく位相
シフト膜の境界線を除去している。この結果、従来問題
となっていたパターンに対する制約もなく、ポジレジス
トを用いて微細なパターンを形成することを可能として
いる。
【0017】
【実施例】図1は本発明に適用可能な位相シフトマスク
10のパターン概略図である。同図は従来よりポジレジ
ストでは困難とされていた図8と同様のパターンに対し
て位相シフト膜を施した場合を示している。
【0018】図中ハッチングした領域2が不透過のクロ
ムパターンであり、それを取囲む空白の領域11がガラ
ス等の透過部を示している。このように透過部がつなが
っているパターンを用いた場合には従来では位相シフト
膜を前述した理由により付けることができなかった。
【0019】本実施例では領域11のうち透過部の領域
3に位相シフト膜を施し、x方向の断面において位相シ
フト膜の効果を得ている。
【0020】図2は図1の位相シフト膜3を施した位相
シフトマスク10の線分A上での断面概略図である。図
中1はガラス基板、2は不透過のクロムパターン、3は
透過部21の一部に設けた位相シフト膜である。
【0021】図3は図1に示す位相シフトマスク10を
通常の露光方法に従い露光したときのポジレジスト面上
に形成されるパターン像(レジスト像)の説明図である
。図中斜線で示した領域12は光が当たらず、その結果
レジストが残っている領域である。同図において線分A
上では位相シフト膜の効果で解像力が向上している。 これに対して位相シフト膜を施した透過部の境界Bでは
位相シフト膜の形状に対応した、ここでは直線状になっ
ている。本来は所望していない線Baが形成されている
【0022】従来この余分な線Baにより連絡してしま
うようなパターンに対しては位相シフト膜を施すことが
できなかった。
【0023】一般に図1のようなパターンは位相シフト
膜を適用する場合の最も典型的なパターンであると考え
られ、線分Aと線分Baとの関係も最も生じやすい例で
あると考えられている。又線分Aと線分Baとは互いに
直交する関係にある場合が多い。
【0024】そこで本実施例では前述した方法により多
重露光を行ない線分Aに対する位相シフト効果を温存し
、余分な線分Baを多重露光により消去させている。
【0025】即ち、本発明では第1回目の露光を行なっ
た後に所定量、所定方向(y方向)にウエハとパターン
との相対的位置をずらし、然る後に再度露光をかけるこ
とを特徴としている。ずらす方向は余分な線Baと直交
するy方向、換言すると実際に位相シフト膜の効果で解
像力を向上させたパターンの空間周波数の高いx方向と
直交するy方向である。
【0026】図4は図1の位相シフトマスク10を露光
したときに形成される図1の線分Cの断面における光の
像強度分布の説明図である。図4は図1の示したパラメ
ータでa=20μm、b=5μmとしたとき、i線でN
A0.5、照明系のσ0.5という系で得られる像強度
分布を示している。縦軸は任意ユニットで書いた光の強
度Iである。又図4には像強度分布に重ねあわせてもと
のチャートの振幅分布も記している。光の強度分布は位
相シフト膜の線分Bの存在しているところで位相の反転
に伴なう急激な落ちがあり、後はフラットとなっている
。従来の露光装置ではこの落ちの存在のために位相シフ
ト膜を設定できなかった。
【0027】本発明ではこのときの落ちこみ量をウエハ
をずらして多重露光をかけて補正している。ここで実際
に露光を行なう場合、レジストが現像処理後十分な量だ
け残る露光量を例えば0.5とし、強度I=0.5のと
ころでの強度分布の幅を図のように2αとすると、簡単
のため位相シフト膜の丁度エッジでの強度を近似的に0
とすればずらし量はα以上であることが望ましい。
【0028】このようにすれば位相シフト膜のところで
生じる特異点的な強度0となる箇所にも光が入射するよ
うになり、レジストが感光されて、位相シフト膜の跡を
消去することができる。ずらし量は勿論レジストのプロ
セス条件等によって変わるが、最低必要なずらし量は光
の強度分布、例えば図4に示した強度分布の落ちが対応
している線像強度分布の広がりに対応して設定している
。ずらし量をα以上としたことは線像強度分布の半分以
上のずれが必要となることに対応している。
【0029】図5は本発明に基づいて図1のパターンを
y方向にΔだけずらして多重露光を行なった例を模式的
に示した説明図である。ここではずれ量ΔをΔ=2αと
している。これによって従来の露光方法では図3に示す
ような余分な線分Baを有したパターン像が得られるが
本発明によれば図6に示すような元のパターンと同様の
パターン像が得られる。
【0030】尚、本発明では図1のパターンを焼き付け
たときの実際に得られるパターン像は図6のようになっ
ている。即ちパターンをずらした結果、パターンシフト
が生じ a→a+Δ b→b−Δ というずれが生じる。この変換差はずらし方向のみに起
こり、+方向にずれるか−方向にずれるかは空白部を囲
んでいるパターンであるか(この場合+)、逆に囲まれ
ているパターンであるか(この場合−)によって定まる
。あらかじめレジストプロセス条件や、ステッパー側の
光学系の条件よりずらしの量と方向さえ定めておけば、
最終的に生じる焼き付けパターンの原マスクからのシフ
トが+方向か−方向かはICパターンレイアウトの時に
位相幾何学的に容易に定めることができる。
【0031】これは従来問題となっていたマスク作成の
際のCADの問題を大きく改善するもので、CADによ
るパターンの自動発生をコンピュータの大きな負荷無し
に実行できるという大きなメリットを持っている。
【0032】又、この場合位相シフト膜の効果があらわ
れる方向であるx軸方向、即ち線分Aの断面では解像力
の劣化は全く起こっていない。
【0033】このように本発明に従えば、従来大きな問
題となっていた位相シフト膜に対する制約を殆ど除去す
ることが可能となる。ずらす方向に対する解像にはずら
し量Δに対応する制限が発生するが、これはパターン設
計上の工夫で配慮できる。従って半導体素子を製作する
際、位相シフトマスクを必要とする各レイアーのパター
ンの設計に対し主となる解像方向を決め、それに応じて
位相シフト膜を配置し、露光の際にずらして多重露光を
行なえば全体としてパターン像の微細化を容易に実現す
ることができる。
【0034】尚、以上はずらしを実際に行なう手段とし
て実際に露光の行なわれるウエハを動かして露光を行な
うことを示したが、本発明の骨子は露光物と被露光物の
相対的位置関係を変えれば実現できる。例えばウエハ側
を固定しておいて位相シフトマスク側を動かしても全く
同一の効果が得られる。この場合ずらし方向は同一であ
り、又ずらし量に投影光学系の倍率がかかるのは当然で
ある。
【0035】又、本発明の実施例1では2回の多重露光
で位相シフト膜の影響による境界線を消去した場合を示
したが、これをもっと多数回の露光で実現することや連
続的にずらすことによって実現することも勿論可能であ
る。離散的に露光を与える場合にはシャッターの開閉動
作に伴なう過渡時間によりタイムロスが存在するが、連
続的に行なう場合にはそのような制約がなく処理能力を
向上させることが可能となる。
【0036】図7は本発明に適用可能な、他の位相シフ
トマスク71のパターン概略図である。本実施例では図
1の実施例と異なるのは位相シフト膜を施す領域72を
クロムのパターンで覆っていることである。
【0037】これによって図1の場合よりもy方向にお
けるパターン対位相シフト膜の位置合わせエラーが軽減
させている。線分D上のパターンの断面構造は図1の線
分Aと同一で、図2に示すようになっている。
【0038】本実施例ではパターンの空間周波数が高い
x方向に直交するy方向に位相シフトマスクと被露光物
(ウエハ)との相対的位置をずらしている。
【0039】本実施例では図中に幅Pで示すクロムパタ
ーンの影響で図1の場合よりずらし量が大きくなる。実
際には位相シフト膜とクロムパターンとの位置合わせ誤
差を救済するため幅Pの値は位置合わせ誤差を救済でき
る範囲でできるだけ小さい値が望ましい。しかしながら
この場合にもずらし方向は位相シフト膜を付けて解像力
を向上させようとするx方向と直交するy方向に行なう
ため位相シフトマスクの効果は温存される。
【0040】
【発明の効果】本発明の露光方法によれば位相シフト膜
を施した位相シフトマスクを用いて電子回路パターンを
被露光物に転写する際、前述の如く位相シフトマスクと
被露光物との相対的位置関係をずらして多重露光するこ
とにより、パターン像の解像力及びコントラストを向上
させることができ、又従来よりプロセス的に確率された
ポジレジストを用いてのパターン像の微細化を可能とす
ることができる。
【0041】又、本発明によれば所定方向にずらした後
の露光方法はずらし方向に対し位相幾何学的判断によっ
てずらしの影響を足したり、引いたりすることによって
簡単に位相シフト用のパターンを生成でき、パターン設
計が容易になる等の特長を有している。
【図面の簡単な説明】
【図1】  本発明に適用可能な位相シフトマスクのパ
ターン概略図
【図2】  図1の線分Aの断面概略図
【図3】  図
1の位相シフトマスクを従来の露光方法で焼き付けたと
きのパターン像の概略図
【図4】  図3の線分3の断面概略図
【図5】  本
発明の原理を示す説明図
【図6】  本発明によって得
られるパターン像の説明図
【図7】  本発明の適用可
能な他の位相シフトマスクのパターン概略図
【図8】  一般的な位相シフトマスクのパターン説明
【符号の説明】
1  ガラス基板 2  クロムパターン 3  位相シフト膜 10  位相シフトマスク 11  透明部 A  位相シフト膜の効果が期待される線分B  位相
シフト膜の境界線 C  位相シフト膜の効果が期待されない線分21  
透過部

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】  位相シフト膜を施した位相シフトマス
    クを被露光物に露光する際、該位相シフト膜を形成した
    パターンの空間周波数の高い方向と直交する方向に該位
    相シフトマスクと該被露光物との相対的位置をずらして
    多重露光するようにしたことを特徴とする露光方法。
JP5067191A 1991-02-22 1991-02-22 露光方法及び半導体素子の製造方法 Expired - Fee Related JP3173025B2 (ja)

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Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6714302B2 (en) 1998-06-30 2004-03-30 Canon Kabushiki Kaisha Aligning method, aligner, and device manufacturing method
KR100562193B1 (ko) * 2001-08-21 2006-03-20 에이에스엠엘 마스크툴즈 비.브이. 다중 가간섭성 최적화된 노광 및 높은 투과 감쇠된psm을 활용하는 개선된 리소그래피패터닝을 위한 방법
US7032209B2 (en) 2002-08-02 2006-04-18 Sharp Kabushiki Kaisha Mask pattern and method for forming resist pattern using mask pattern thereof

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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6714302B2 (en) 1998-06-30 2004-03-30 Canon Kabushiki Kaisha Aligning method, aligner, and device manufacturing method
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US7032209B2 (en) 2002-08-02 2006-04-18 Sharp Kabushiki Kaisha Mask pattern and method for forming resist pattern using mask pattern thereof

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