JPH0476551A - 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、半導体装置等の製造工程中で使用である。

（従来の技術） 投影露光によるホトリングラフィ技術の分野にあいでも
、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　（レベンスン
等）によって例えば文献■（アイイーイーイー　トラン
ザクション　エレクトロン　デバイス（ＩＥＥＥ　　Ｔ
ｒａｎ、ＥｌｅｃｔｒｏｎＤｅｖｉｃｅ、Ｖｏｌ、ＥＤ
−２９（１９８２）ｐ、１８２８．同Ｖｏ１．ＥＤ−３
１（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ずらす透明な簿１１（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。

位相シフト法の応用例としては、例えば特公昭６２−５
９２９６号公報に開示された位相シフト法用のホトマス
ク、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（７９８９゜１２）ｐ、ｔ３〜］８）に開示
された位相シフト法によるレジストパターン形成方法等
がある。

上述の公報に開示のホトマスクは、第６図にその一部断
面図を以って示すように、露光光を遮光する連光部１１
及び露光光を透過する透過部１３を具えるホトマスク１
５であって、透過部１３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対の透過部を通過する光に位相差を与える透
明材料（シック）１７を上記１対の透過部の少なくとも
一方に設けたものであった。このホトマスク１５を用い
ることにより、レジスト（図示せず）の連光部１１及び
透過部１３と対向する各部分での光コントラストが向上
するので、シフタを設けない場合より微細なライン・ア
ンドスペースパターンが得られる。

また、文献■に開示のレジストパターン形成方法は、例
えば第７図に要部平面図を以って示すような、孤立の連
光部２１（図中斜線を付して強調して示す。）の中に透
過部２３が作られその部分の透過光の位相を反転させる
ように透過部２３上にシフタ２５（点線で示す、）が設
けられたホトマスク２７を用い、ネガ型レジストの像細
な孤立抜きパターンを形成するものであった。

（発明が解決しようとする課題） しかしなから、上述のいずれの方法であっても、より微
細なパターンを形成する場合、投影露光装置の解像力等
の制約からおのずと限界がある。従って、ネガ型レジス
トを用い例えば０．２ｕｍレベルの抜きパターン（以下
、スペースパターンと称することもある。）を、またポ
ジ型レジストを用い例えば０．２ｕｍレベルのラインパ
ターンを形成することは非常に困難であり、また、この
ようなパターンが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
スペースパターンやライン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パターン形成方法を
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
のエツジ部がホトマスクの光透過部内に存在する場合、
光透過部内に存在する工・ンジ部と対向するウェハ上に
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が小ざい領域が生じることに
着目した。そして、このことをパターン形成に積極的に
利用することｌこより、この発明を完成するに至った。

従って、この発明によれば、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、位相シフト法用のシフタ
がそのエツジの一部又は全部か光透過部内に位冒するよ
うに設けられているホトマスクを介してレジストパター
ンすることを特徴とする。

なお、この発明においてホトマスクとはレチクルも含む
。

また、この発明の笑施に当たり、前述の露光とは別に、
前述のエツジの光透過部内にある部分の所定部分と対応
する部分が光透過部とされている第２のマスクを用い、
前述のレジストヲ露光する工程を設けても良い。

（作用） この発明のパターン形成方法によれば、シフタの工・ン
ジを利用してウェハ上に光強度が小さい領域を生じさせ
ることが出来るので、レジストに微細な、レジストの現
像液に対する溶解特性に変化を与えない程度の露光部（
この露光部はみかけ上米露光部といえるので、以下、擬
似未露光部と称することにする。）生じさせることが出
来る。

従って、パターン形成にネガ型レジストを用いた場合は
、光透過部にあるシフタのエツジラインと同様な形状の
抜きパターンを有するレジストパターンか得られ、ポジ
型レジストを用いた場合は、上記エツジラインと同様な
形状のラインパターンを有するレジストパターンが得ら
れる。

また、上記擬似未露光部の面積は露光量を増加させると
小ざ〈（幅が狭くなり）なり、露光量を減少させると大
きくなる（幅が大きくなる）。

従って、パターン寸法を露光量により制御出来るので、
この発明のパターン形成方法はフォーカスマージンが広
いパターン形成方法といえる。

また、第２のマスクを用い別途に露光を行う構成の場合
、シフタのエツジ部を利用してレジスト上に生しさせた
レジストの感度以下の露光部のうちの不要な部分をレジ
スト感度以上の露光量で露光することが出来るので、上
記抜きパターンやラインパターンをさらに所望の形状に
バターニング出来る。

（実施例） 以下、１線用投影露光装藁及びネガ型レジストを用い電
界効果トランジスタのゲート電極用のレジストパターン
を形成する例により、この発明のパターン形成方法の実
施例を説明する。しかしなから、この実施例で述べる使
用材料、使用装置及び膜厚、温度、時間等の数値的条件
はこの発明を説明するための単なる例示にすぎない。従
って、この発明が、これら材料、装置、数１的粂件に限
定されるものでないことは理解されたい。また、以下の
説明を図面ヲ参照して行うが、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。

また、ゲート電極用のレジストパターンを得るため、こ
の実施例では、位相シフト法用のシフタかそのエツジの
一部が光透過部内に位置するように設けられでいるホト
マスク（第１図（Ａ）９照。以下、第１のホトマスク）
を介しての笥１の露光と、前記エツジの光透過部内にあ
る部分の所定部分と対応する部分が光透過部とされてい
る第２のマスク（第１図（Ｂ）９照）を介しての第２の
露光を行う。

制しＴ−ホトマ　　　量 ます、実施例で用いたホトマスクについて説明する。第
１図（Ａ）は第１のホトマスク３１の要部を上方から見
て概略的に示した平面図、第１図（Ｂ）は第２のホトマ
スク４１の要部を上方から見て概略的に示した平面図で
ある。なあ、両図ではホトマスクの遮光部を強調するた
め、遮光部はハツチングを付して示しである。また、両
図においてＰ、Ｑで示す２点は、第１及び第２ホトマス
クを用いる際の位Ｈ関係を明確にするため図示した点で
ある。即ち、各ホトマスクは、Ｐ点及びＱ点各々がウェ
ハ上のＰ点及びＱ点相当位置に重なるようにアライメン
トされ（寅際は、別途に設けたアライメントマークでア
ライメントされ）用いられる。

先ず、第１のホトマスク３１は、ゲート電極の配線部に
相当する部分に連光部３３を具える。さらに、この第１
のホトマスク３１は、遮光部３３及び光透過部３５の開
領域に亙り設けられた位相シフト法用のシフタ３７であ
って、そのエツジ部の一部３７ａが連光部３３から延出
し光透過部３５内に位置するように設けられたシフタ３
７を具える。後に説明するが、エツジ部の一部３７ａが
ゲート電極のゲート長を与える部分形成用のマスクとし
て機能する。

ここで、この実施例の遮光部３３は、クロム膜て構成し
、この実施例のシフタ３７は電子線レジスト○ＥＢＲ−
１００（東京応化工業（株）製レジスト）で構成してい
る。シフタ３７の膜厚は３１０ｎｍとしである。この膜
厚は、ｉ線に対し推定される○Ｅ８日−１００の屈折率
ｎ〜１．６から計算してシフタ３７を透過した露光光の
位相がほぼ反転する値になる。すなわち、ホトマスク３
１の、シフタ３７部分を透過した光と、光透過部３５の
シフタ３７を設けでいない領域を透過した光とは位相が
ほぼ１８０°ずれることになる。

一方、第２のホトマスク４１は、第１のホトマスク３１
の遮光部３３に対応する領域と、第１のホトマスク３１
に設けたシフタ３７のエツジ部分３７ａに対応する領域
（但し、このエツジ部分３７ａｔゲート長方向において
充分含むような幅の領域）との上に遮光部４３を具え、
それ以外は光透過部となっている。

パ　−ニン゛　　　そ　１） スピンコード法により、直径３インチ（１インチは約２
．５４ｃｍ、）の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ＬＭＲ−ＵＶ（富士薬品工業（株）
製レジスト）をｌｕｍ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７０’Ｃの温度で１分間へ−キングする。

次に、この試料をｉ線投影露光装置ＲＡ　１０１ｖし■
（（株）日立製作所製ステッパ）にセットし第１図（Ａ
）Ｉ用いて説明した第１のホトマスク３１を介し１５０
ｍＪ／ｃｍ２の露光量で第１の露光をする。

この第１の露光（こよりしシストに形成される潜像は、
第２図（Ａ）のようなものである。レジスト５１の、第
１図（Ａ）のホトマスク３１の連光部３３に対応する領
域が未露光部５３になり、シフタ３７のエツジ部に対応
する領域が既に説明した擬似未露光部５４になり、それ
以外の領域は露光部５５になる。

次に、投影露光装置のホトマスクを第１のホトマスク３
１から第１図ＣＢ）を用いて説明した第２のホトマスク
４１に代え、第１の露光済み試料に対し第２のホトマス
ク４１を介し１２０ｍＪ／ｃｍ２の露光量で第２の露光
を行う。

この第２の露光によりレジスト５１に形成される潜像は
、第２図（Ｂ）のようなものである。即ち、レジスト５
１の、第１図（Ａ）のホトマスク３１の連光部３３に対
応する領域と、シフタ３７のエツジ部の一部３７ａに対
応する領域のみが未露光部５３ａ（第２の露光後の未露
光部）になり、それ以外の領域は全て露光される。

第２の露光済みの試料をホットプレートを用い１１０℃
の温度で１分間へ一キングする。その後、この試料をし
ＭＲ−ＵＶ現像液（富士薬品工業（株）製）を用い３０
秒間スプレー現像する。

現像後に得られるレジストパターンは第３図のようなも
のである。第３図において、６１はレジストパターン、
６３はレジストの残存部（強調するためハツチングを付
しである。）、６５はレジストが現像液により溶解され
シリコン基板が露出している部分である。

このレジストパターン６１のゲート長を与える部分の寸
法Ｌ（第３図参照）をＳＥＭ測長機Ｓ−６０００（（株
）日立製作新製）を用いて測定したところ、０．１ｕｍ
であることが分った。

このレジストパターン６］上にゲート電極形成用金属を
被着させた後リフトオフすればゲート電極が得られる。

パ　−ニング　　　　の２） 第１の露光時の露光量を５０　ｍ　Ｊ　／　ｃ　ｍ　２
から１５０ｍＪ／ｃｍ２までの範囲の複数の値（第４図
の特性図のプロット点参照）とし、第２の露光時の露光
量は１２０ｍＪ／ｃｍ２と一定にし、バターニング寅験
１と同様な手順でパターニング英験を行う。

次に、この試料上の第１の露光量を違えた各レジストパ
ターンのゲート長を与える部分の寸法りをＳＥＭ測長機
Ｓ−６０００を用いそれぞれ測定する。

第１の露光量に対する寸法りの変化の様子を、第４図に
、横軸に第１の露光時の露光量をとり縦軸に測定した寸
法りをとって示した。

第４図から明らかなように、同しホトマスクを用いたに
もかかわらず、第１の露光時の露光量を変化させること
により寸法りを変化させることが出来ることが分る。従
って、この発明のパターン形成方法によれば、露光量を
変化させることによりレジストパターンの寸法を制御出
来ることが理解出来る。

之較あ 実施例同様にシリコン基板上にＬＭＲ−ＵＶを塗布しブ
リベーキングして、試料を用意する。これを実施例で用
いたステッパにセ・ン卜する。また、第１図（Ｂ）を用
いで説明したホトマスクと同様な遮光パターンを有する
ホトマスクであって、ゲート長を与える部分の寸法か０
．１〜１゜○ｕｍまで０．１ｕｍきざみて変えである１
０種類の遮光パターンを具えるホトマスクをステッパに
セットする。そして、露光量を２０ｍＪ／ｃｍ２かう５
００ｍＪ／ｃｍ２まての範囲で種々に変化させ露光をし
その後現像を行い比較例のレジストパターンを得る。

比較例のレジストパターンのゲート長を与える部分の寸
法Ｌ（第３図中のしに対応する寸法）をＳＥＭ測長機Ｓ
−６０００で観察したところ、最も細かったＬは０．３
ｕｍであった。また、この寸法が得られた条件は、ホト
マスク上でのしに相当する寸法が０．４μｍのホトマス
クを用い露光量を３００ｍＪ／ｃｍ２とした場合と、０
．３ＬＩｍのホトマスクを用い露光量！２４０ｍＪ／Ｃ
ｍ２とした場合であった。しかし、これらホトマスクを
用いた場合でも、それより露光量を上げた場合はいずれ
もパターンは解像出来なかった。

実施例及び比較例の説明から明らかなように、この発明
のパターン形成方法を用いることにより、０．１ｕｍの
ゲート長を有するゲートパターンが容易に形成出来るこ
とが分る。然も、同一のホトマスクで露光量を変えるだ
けで○、１〜０゜４ｕｍの節回内のゲート長のゲートバ
タンか形成出来る。

上述においでは、この発明のパターン形成方法の実施例
について説明したが、この発明は上述の実施例に限られ
るものではなく以下に説明するような？！々の変更を加
えることが出来る。

実施例で用いた第２のホトマスクは、例えば第５図に示
すように、シフタ３７のエツジ部（第１図（Ａ）？照）
の不要部分のみを露光するため部に透過部７１を有する
ホトマスク７３としても良い。但し、このホトマスク７
３の場合、透過部７１の面積が狭いため、第１の露光時
に露光されるべきところがゴミ等の影響で露光されなか
った場合この部分を第２の露光で露光しようとしても露
光しにくい。従って、実用上は第１図（８）のホトマス
クの方が好適である。

また、上述の実施例では、ネガ型レジストを用いゲート
電極部が抜きパターンとなるゲート電極用レジストパタ
ーンを形成した。しかし、シリコン基板上に予めゲート
電極形成材を被着させておき、この上にポジ型レジスト
を塗布し、実施例で用いた第１及び第２のホトマスクを
用い露光現像しでも良い、このようにすれば、ゲート電
極形成材のゲート電極形成予定部分上にレジストが残存
するレジストパターンが得られる。その後、ゲート電極
形成材の不要部分を例えばドライエツチングすれば、所
望のゲート電極が得られる。

また、上述の実施例では、第１及び第２のホトマスクを
用い２回の露光を行っていたが、形成するパターン形状
によっては、第１の露光のみで良い場合もあることは明
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、この発明によれば
、ホトマスクの光透過部に位相シフト法用のシフタのエ
ツジが在る場合このエツジ部分に対向するウェハ上には
露光光の強度が小さい領域が生じることを積極的に利用
してレジストに微細な、レジストの現像液に対する溶解
特性に変化を与えない程度の弱い露光部即ち擬似未露光
部を形成し、これによりレジストパターンを形成する。

このため、０．２ｕｍ以下の微細なスペースパターンや
ラインパターンを容易に形成出来る。然も、このレジス
トパターンの線幅は露光量を増減するだけで容易に制御
出来る。

従って、微細なレジストパターン形成か可能でかつフォ
ーカスマージンの広いパターン形成方法を禮供出来る。

【図面の簡単な説明】

第１図（Ａ）及び（Ｂ）は、実施例の第１及び第２ｍ光
でそれぞれ用いたホトマスクを示す平面図、 第２図（Ａ）及び（Ｂ）は、実施例の第１、第２ｍ光俊
各々でレジストに形成される潜像を示す図、 第３図は、実施例で得られたレジストパターンを示す平
面図、 第４図は、露光量によりレジストパターン寸法の制御が
可能なことを示す図、 第５図は、実施例の第２Ｉ！！光で用い得るホトマスク
の他の例を示す平面図、 第６図及び第７図は、従来技術の説明に供する図である
。 ６５・・・シリコン基板が露出している部分７３・・・
ホトマスク（実施例の第２ＩＩ光で用い得るホトマスク
の他の例）。 ３］・・・第１のホトマスク ３３．４３−・・（ＩＩ先光光）遮光部３５．７１・・
・（露光光の）透過部 ３７・・・位相シフト法用のシフタ ３７ａ・・・シフタのエツジ部の一部 ４１・・・第２のホトマスク ５１・・・レジスト、　　　　５３・・・未露光部５４
・・・擬似未露光部、　５５−・・露光部５３　ａ−・
・第２！Ｉ光後の未露光部６］・・・レジストパターン ６３・・・レジスト残存部 沖電気工業株式会社 一〜七＝− 実施例で得られたレジスト残存部 策３図 ンを示す平面図 実施例の第１及び第２露光でそれぞれ用いたホトマスク
を示す平面図第１図 露光型によりしシストバタ ン寸法の制御が可能なことを示す口 笛４ 図 笑施例の菓２露光で用い得るホトマスクの他の例を示す
平面口笛５ 図

Claims (1)

【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、 位相シフト法用のシフタがそのエッジの一部又は全部が
   光透過部内に位置するように設けられているホトマスク
   を介してレジストを露光することを特徴とするパターン
   形成方法。（２）請求項１に記載のパターン形成方法に
   おいて、 前記露光とは別に、前記エッジの光透過部内にある部分
   の所定部分と対応する部分が光透過部とされている第２
   のマスクを用いて、前記レジストを露光すること を特徴とするパターン形成方法。