JPH05197126A - ホトマスク及びこれを用いたパターン形成方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 位相シフト法用のシフタのエッジが交差する
ように２回の露光をレジストに対し行なってこれらエッ
ジの交差部分に対応するレジスト部分に微細パターンを
形成する方法をより簡略化する。 【構成】 ホトマスク形成用基板１２の１回の露光領域
１３を２分割した一方の領域１５ａに第１の露光用の第
１のシフタパターン１７を設け他方の領域１５ｂに第２
の露光用の第２のシフタパターン１９を設けてホトマス
ク１１を構成する。ホトマスク１１を介しレジストを露
光しレジストに第１及び第２のシフタパターンの潜像を
形成する。第２のシフタパターンの潜像にホトマスク１
１の第１のシフタパターンが重なるようにウエハを移動
しその後ホトマスク１１を介しこのレジストを露光して
レジストに第１及び第２のシフタパターンを重ねた潜像
並びに新たに第２のシフタパターンの潜像を形成する。
これら工程を繰り返す。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明は、半導体装置の製造な
どで用いられるホトマスク及びこれを用いたパターン形
成方法に関するものである。

【０００２】

【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、半導体装置の高集積化に対応できる微細
なレジストパターンを形成できる技術の一つとして、位
相シフト法が注目されている。そして、この出願人に係
る文献ａ（アイ イー ディーエム（ＩＥＤＭ）テクニ
カルダイジェスト（１９９０），ｐ．３３．３．１−
３．４）には、位相シフト法の応用例として、位相シフ
ト法用のシフタを有する２枚のホトマスクをこれらホト
マスクのシフタのエッジが交差するように用いて２回の
露光をレジストに対し行なって、レジスト上の前記交差
点と対応する部分にレジストがポジ形の場合はピラーパ
ターンをまたレジストがネガ形の場合はホールパターン
を形成する方法が開示されている。

【０００３】ホトマスク形成用基板上に微細な遮光部な
り光透過部を予め設けたホトマスク及びｉ線を用いたパ
ターン形成技術（以下、これを「通常のパターン形成技
術」という。）では、０．３〜０．４μｍのホールパタ
ーンやピラーパターンを形成するのが限界であったが、
上記文献ａに開示のパターン形成方法では、０．２μｍ
程度のホールパターン等が安定に形成できた。然も、露
光量を制御することによりパターン寸法の制御も行なう
ことができた。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上述し
た文献ａに開示のパターン形成方法では、第１及び第２
の２回の露光のために２枚のホトマスクを用いていたの
で、（１）ホトマスクを交換するための時間が必要にな
る、（２）各ホトマスクに対しウエハをアライメントす
るための時間が必要になる、（３）第１及び第２の露光
工程それぞれについてウエハの搬送（露光装置のステー
ジにウエハを投入し露光後にステージから回収するこ
と）をする必要があるなどの理由で、通常のパターン形
成技術に比べスループットが低下するという問題点があ
った。

【０００５】この発明はこのような点に鑑みなされたも
のであり、従ってこの出願の目的は、位相シフト法用の
シフタのエッジが交差するように２回の露光をレジスト
に対し行なってレジストパターンを形成する際に、より
工程の簡略化が図れるホトマスクとこれを用いたパター
ン形成方法とを提供することにある。

【０００６】

【課題を解決するための手段】この目的の達成を図るた
め、この出願の第一発明によれば、レジストに対し第１
の露光及び第２の露光をそれぞれ位相シフト法用のシフ
タを有するホトマスクを用いて行なうパターン形成方法
であって第１の露光時のシフタのエッジラインに第２の
露光時のシフタのエッジラインが交差するように前述の
第２の露光を行なうパターン形成方法に用いられるホト
マスクにおいて、第１の露光用の第１のシフタパターン
と第２の露光用の第２のシフタパターンとを１枚のホト
マスク形成用基板上に共に設けてあることを特徴とす
る。

【０００７】なお、この第一発明の実施に当たり、前述
の第１のシフタパターン及び第２のシフタパターンを、
前述の第１の露光後に第２の露光のためにウエハを移動
するピッチに応じた所定の距離だけ離して、前述のホト
マスク形成用基板上に、それぞれ設けるのが好適であ
る。

【０００８】さらにこの第一発明の実施に当たり、前述
のホトマスク形成用基板の１回の露光領域に当たる領域
を２分割した一方の領域内に前述の第１のシフタパター
ンを他方の領域内に前述の第２のシフタパターンをそれ
ぞれ設け、これら第１及び第２のシフタパターン各々は
長方形状のシフタを並置して構成するのが好適である。

【０００９】また、この出願の第二発明のパターン形成
方法によれば、第一発明のホトマスクを介しレジストを
露光して該レジストに第１及び第２のシフタパターンの
潜像を形成する工程と、前述の第２（或いは第１）のシ
フタパターンの潜像に当該ホトマスクの第１（第２）の
シフタパターンが重なるようにウエハを移動し、その後
当該ホトマスクを介し前述のレジストを露光して該レジ
ストに第１及び第２のシフタパターンを重ねた潜像並び
に新たに第２（第１）のシフタパターンの潜像を形成す
る工程とを少なくとも１回ずつ含むことを特徴とする。

【００１０】なお、この第二発明の実施に当たり、前述
の新たに形成された第２のシフタパターンの潜像に当該
ホトマスクの第１のシフタパターンが重なるようにウエ
ハを移動しその後当該ホトマスクを介し前述のレジスト
を露光することを、順次繰り返すのが好適である。

【００１１】さらにこの第二発明の実施に当たり、露光
開始前に前述のホトマスクと前述のウエハとを統計的グ
ローバルアライメントによりアライメントするのが好適
である。なお、統計的グローバルアライメントとは、１
枚のウエハ中の前工程において形成された多数のアライ
メントマークのうちの例えば１０点くらいを読みそれを
統計処理してそれにより決定された位置より決められた
ピッチで露光を行なうもので、各露光毎のアライメント
を省略できるアライメント方法のことを言う。この方法
は、例えば、（株）ニコン製のステッパではエンハンス
メントグローバルアライメントと称され採用され、日立
製作所（株）製のステッパではサンプリンググローバル
アライメントと称され採用されている。

【００１２】

【作用】この出願の第一発明の構成によれば、第１のシ
フタパターン及び第２のシフタパターンを共に具えるホ
トマスクが構成される。したがって、このホトマスクを
投影露光装置にセットすると、第二発明で主張するとこ
ろの、第１のシフタパターンをレジストに露光した後こ
の露光部分を第２のシフタパターン下に移動し第２のシ
フタパターンをレジストに露光するという連続的な露光
工程が実現できる。このため、ホトマスクの交換が不要
になりかつウエハ搬送数は軽減されるので、従来の２枚
のホトマスクを用いていた場合に比べパターン形成工程
を簡略化できる。

【００１３】なお、この第二発明の構成の場合、各露光
毎にホトマスクとウエハとのアライメントをおこなう
と、通常のパターン形成方法に比べアライメント回数が
２倍必要になる。しかし、ホトマスクとウエハとを統計
的グローバルアライメントによりアライメントする構成
とすると、アライメント回数の問題が解決できるので好
適である。

【００１４】

【実施例】以下、図面を参照して、第一発明のホトマス
クの実施例及び第二発明のパターン形成方法の実施例に
ついてそれぞれ説明する。なお、説明に用いる各図は、
これらの発明が理解できる程度に、各構成成分の形状、
大きさおよび配置関係を概略的に示してあるにすぎな
い。

【００１５】１．ホトマスクの説明 図１（Ａ）及び（Ｂ）は実施例のホトマスク１１の説明
に供する図である。特にこのホトマスク１１は、ウエハ
上に形成される個々のチップ面積が１回の露光領域１３
のほぼ半分の面積のチップを形成する場合に適した例で
ある。なお、図１において、（Ａ）は、この実施例のホ
トマスク１１での、１回の露光領域１３（Ｌ_x ×Ｌ_y で
規定される領域）と、第１のシフタパターン形成領域１
５ａ及び第２のシフタパターン形成領域１５ｂとの関係
を示した平面図、また、図１（Ｂ）は実施例のホトマス
ク１１の具体的な構造を示した平面図及び断面図であ
る。

【００１６】この実施例のホトマスク１１は、ホトマス
ク形成用基板１２の、１回の露光領域に当たる領域１３
を２分割した一方の領域１５ａ内に第１のシフタパター
ン１７を設け、他方の領域１５ｂ内に第２のシフタパタ
ーン１９を設けて構成してある。

【００１７】上記２つの領域１５ａ，１５ｂはこの場合
１回の露光領域１３をｘ方向のＬ_x ／２の位置でｙ軸に
沿って２分割することで規定している。また、第１のシ
フタパターン１７はこの場合ｙ方向に長尺な長方形状の
シフタ１７ａをｘ方向に等ピッチＰ_x で多数並置して構
成してあり、一方の第２のシフタパターン１９はこの場
合ｘ方向に長尺な長方形状のシフタ１７ａをｙ方向に等
ピッチＰ_y で並置して構成してある。

【００１８】ホトマスク形成用基板１２は、ホトマスク
形成のために従来から用いられている石英ガラス基板等
の好適な材料で構成することができる。また、シフタ１
７，１９それぞれは、位相シフト法用のシフタ形成のた
めに従来から用いられている種々の材料をホトマスク形
成用基板１２に位相シフト法を形成する公知の方法で配
置形成することにより形成できる。

【００１９】この実施例のホトマスク１１では、詳細は
後述のパターン形成方法の項で説明するが、このホトマ
スク１１を投影露光装置（ステッパ）にセットした後、
このホトマスク１１を介しウエハ上のレジストを露光し
その後このウエハを−ｘ方向にＬ_x ／２の距離移動して
もう一度このホトマスクを介して前記レジストを露光す
ると、第１のシフタパターン１７のシフタ１７ａのエッ
ジ及び第２のシフタパターン１９のシフタ１９ａのエッ
ジを介して露光された部分及びその近傍に当たるレジス
ト部分即ち両エッジの交差点に対応するレジスト部分の
みが未露光部になり（図５参照）この部分にレジストが
ポジ型であればピラーパターンが形成できレジストがネ
ガ型であればホールパターンが形成できる。

【００２０】なお、ホトマスク形成用基板１２上への第
１及び第２のシフタパターン１７，１９の設け方、第１
及び第２のシフタパターン１７，１９各々の構成及び形
状は図１の例に限られず、形成したいパターン形状によ
って任意に変更できることは明らかである。

【００２１】例えば、図１に示したホトマスクでは第１
及び第２のシフタパターン１７，１９がｘ軸に沿って並
ぶように第１及び第２のシフタパターン形成領域１５
ａ，１５ｂを規定していたが、チップの設計によって
は、第１及び第２のシフタパターン１７，１９がｙ軸に
沿って並ぶようにこれらをホトマスク形成用基板上に設
けても良い。ただし、この場合ウエハはｙ方向に移動す
ることになる。

【００２２】また、図１に示したホトマスクでは第１及
び第２のシフタパターン形成予定領域全域にシフタを配
置している例であったが、これは発明を理解し易くする
ための例示にすぎない。実際のパターンでは、パターン
寸法が大きいために位相シフト法を用いる必要がないよ
うな部分もパターン中にはあるから、そのような部分に
は遮光部及び光透過部を組み合わせた通常のパターンを
形成する。具体的には、例えば第１のシフタパターン形
成領域内の該当部分に遮光部及び光透過部を組み合わせ
た通常のパターンを形成し第２のシフタパターン形成領
域の該当部分には遮光膜を設けておくようにして、シフ
タと通常のパターンとを共存させれば良い。

【００２３】また、ＤＲＡＭ（ダイナミックＲＡＭ）な
どの場合はチップ自体の対称性が良い。したがって、こ
のような対称性の良いチップであってその面積が１回の
露光領域１３内に２個納まるような場合でかつ図２
（Ａ）のようにこれらチップ２１ａ，２１ｂがｙ方向に
沿って形成されるような場合は、用いるホトマスクは、
図２（Ｂ）のように１個のチップ２１ａ，２１ｂ各々の
露光領域をそれぞれ２分割して規定される２１ａａ，２
１ａｂ，２１ｂａ，２１ｂｂで示すホトマスク形成用基
板部分上各々に図１に示したと同様な考えでシフタパタ
ーン１７または１９をそれぞれ設けたものとすれば良
い。この場合も第１の露光後にウエハをＬ_x ／２の距離
移動し続いて第２の露光を行なうことで所望のパターン
が得られる。同様な考え方により、対称性の良いチップ
であってその面積が１回の露光領域１３内に３個納まる
ような場合でかつこれらチップがｙ方向に沿って形成さ
れるような場合に用いるホトマスクとしては、例えば図
３に示すような構成のものを挙げることができる。

【００２４】２．パターン形成方法の説明 次に、第二発明のパターン形成方法の実施例について、
図１を用いて説明したホトマスク１１を用いる例により
説明する。

【００２５】図４（Ａ）及び（Ｂ）と図５とはこの第二
発明のパターン形成方法の基本的な露光工程を説明する
図であり、第１及び第２露光工程各々でのホトマスク１
１とウエハ３１（レジスト塗布済み）との配置関係を主
に示した平面図である。

【００２６】この第二発明のパターン形成方法では、先
ず、ホトマスク１１をステッパー（図示せず）にセット
しホトマスク１１とウエハ３１とをアライメントした
後、このホトマスク１１を介しウエハ３１上のレジスト
を露光して該レジストに第１及び第２のシフタパターン
の潜像を形成する（図４（Ａ））。図４（Ａ）では、第
１のシフタパターンの潜像を１７ｘで示し、第２のシフ
タパターンの潜像を１９ｘで示してある。

【００２７】次に、図４（Ｂ）に示すように、第２のシ
フタパターンの潜像１９ｘに当該ホトマスク１１の第１
のシフタパターン１７（図１参照）が重なるように移動
し、この例の場合ではウエハ３１を−ｘ方向にＬ_x ／２
の距離だけ移動し、その後当該ホトマスク１１を介し前
記レジストを再び露光して該レジストに第１及び第２の
シフタパターンを重ねた潜像３３並びに新たに第２のシ
フタパターンの潜像１９ｙを形成する。

【００２８】このように露光が終了すると、図５に示す
ように、第１及び第２のシフタパターンを重ねた潜像の
中のシフタ１７ａのエッジ及びシフタ１９ａのエッジを
介して露光された部分及びその近傍に当たるレジスト部
分即ち両エッジの交差点に対応するレジスト部分のみが
未露光部４１になる。このため、この露光済みレジスト
を現像すると、上記未露光部４１に当たる部分にはレジ
ストがポジ型であればピラーパターンが形成できレジス
トがネガ型であればホールパターンが形成できる。

【００２９】この説明から明らかなようにこの出願の第
二発明のパターン形成方法ではホトマスクを交換するこ
となく、位相シフト法用のシフタエッジが交差するよう
に２回の露光をレジストに対し行なうことができるの
で、従来２枚のホトマスクを用いていた場合に比べ工程
の簡略化が図れることが分かる。

【００３０】なお、この第二発明のパターン形成方法に
よる露光法では一方のシフタパターンを介しての露光し
か行なわれないレジスト部分が生じる（図４（Ａ）、
（Ｂ）中の１７ｘ部分）。しかし、この部分がウエハ３
１の有効領域外やウエハ外となるように予めホトマスク
１１とウエハとを位置合わせしておくことによりこの問
題は回避できる。

【００３１】また、上述の説明は２回の露光を行なう例
であったが、実際のウエハではｘ，ｙ方向にチップが多
数形成されるから、図６に示すように、ウエハ３１を−
ｘ方向にＬ_x ／２の距離ずつ移動させる毎に露光を行な
うようにして、つまり記新たに形成された第２のシフタ
パターンの潜像１９ｙ（図２（Ｂ）参照）に当該ホトマ
スクの第１のシフタパターンが重なるようにウエハを移
動しその後当該ホトマスクを介し前記レジストを露光す
ることを順次繰り返すことにより、これらチップ用の露
光を行なうのが良い。そして、その場合はホトマスクと
ウエハとのアライメントを露光開始前に統計的グローバ
ルアライメントにより行なうことによりアライメント時
間を短縮するのが良い。

【００３２】なお、この図６に示した場合もウエハ両端
には一方のシフタパターンによる１回の露光しか行なわ
れない部分が形成されるが、この場合もこの部分がウエ
ハ外に位置するようにするとか、両端の露光の際にステ
ッパの遮光機能を利用して露光するなどの処置を行なえ
ば良い。

【００３３】３．実験結果の説明 次に、ステッパとしてニコン（株）製の１７５５ｉ７Ａ
を用い、レジストとして冨士薬品工業（株）製のネガ型
レジストＬＭＲ−ＵＶを用い、以下のような３つの露光
方法（ａ），（ｂ）及び（ｃ）により同数ずつのウエハ
にレジストパターンをそれぞれ形成する。そして、各方
法でのスループット（全ウエハを処理し終える時間）と
各方法で形成されたレジストパターンの解像度とをそれ
ぞれ比較した。

【００３４】（ａ）実施例のホトマスク１１を用いる方
法。

【００３５】（ｂ）実施例のホトマスク１１の第１のシ
フタパターン１７のみをホトマスク形成用基板１２全面
に設け構成した第１マスクと、実施例のホトマスク１１
の第２のシフタパターン１９のみをホトマスク形成用基
板１２全面に設け構成した第２マスクとの２枚のホトマ
スクを別々に用いる方法（文献ａに開示の方法）。

【００３６】（ｃ）ホトマスク形成用基板上に微細な遮
光部なり光透過部を予め設けたホトマスクを用いる方法
（通常のパターン形成方法）。

【００３７】なお、何れの方法でもＬＭＲ−ＵＶの膜厚
は１μｍとした。さらに、ホトマスクとウエハとのアラ
イメントはアライメントマーク１０個をサンプリングす
る統計的グローバルアライメントで行なった。さらに、
１回の露光時間は４００ｍｓｅｃとした。さらに、ウエ
ハは６インチのシリコン基板とし、ウエハ処理枚数は５
０枚とし、また、１回の露光領域１３には２個のチップ
が入る前提において１枚のウエハ上に８８個のチップを
形成する条件とした。従って、上記（ａ）の方法では１
枚のウエハについての露光回数は９６回となり、上記
（ｂ）の方法では同回数は８８４回となり、上記（ｃ）
の方法では同回数は４４回となる。

【００３８】各方法での５０枚のウエハを処理し終える
時間は、 （ａ）の方法・・・ ７６分、 （ｂ）の方法・・・１２０分、 （ｃ）の方法・・・ ５８分 であった。

【００３９】この結果から明らかなようにこの第二発明
のパターン形成方法は、文献ａに開示の２枚のホトマス
クを用いる場合に比べスループットが向上することが分
かる。また、この第二発明のパターン形成方法は、通常
のパターン形成方法と比べても処理時間の増加は３０％
程度にすぎないことが分かる。

【００４０】また、形成されたレジストパターンの解像
度については、（ａ）の方法、（ｂ）の方法共に直径
０．２μｍのホールパターンが形成できたが、（ｃ）の
方法では０．２μｍのホールパターンを形成することは
できなかった。

【００４１】なお、第二発明の実施例ではウエハとホト
マスクとのアライメントを統計的グローバルアライメン
トにより行なっていた。しかし、各露光毎にアライメン
トを行なっても勿論良い。この場合も、（ｂ）の方法及
び（ｃ）の方法が各露光毎にアライメントを行なうとし
たなら、各方法間のスループットの優位さは上記例と同
様になる。

【００４２】

【発明の効果】上述した説明からも明らかなように、こ
の出願の第一及び第二発明によれば、位相シフト法用の
シフタのエッジが交差するように２回の露光をレジスト
に対し行なってレジストパターンを形成する際に、１枚
のホトマスクにより連続的に上記２回の露光が行なえ
る。このため、ホトマスクの交換が不要になりかつウエ
ハ搬送数は軽減されるので、従来の２枚のホトマスクを
用いていた場合に比べパターン形成工程を簡略化でき
る。

【００４３】また、従来２枚のホトマスクが必要であっ
たところを１枚のホトマスクで済むので、その分コスト
の低減が図れる。

【図面の簡単な説明】

【図１】（Ａ）及び（Ｂ）は、実施例のホトマスクの説
明に供する図である。

【図２】（Ａ）及び（Ｂ）は、第一発明の変形例の説明
に供する図である。

【図３】第一発明の他の変形例の説明に供する図であ
る。

【図４】（Ａ）及び（Ｂ）は、第二発明の実施例の要部
工程を示す図である。

【図５】第二発明の実施例の要部工程を示す図４に続く
図である。

【図６】第二発明の応用例の説明図である。

【符号の説明】

１１：実施例のホトマスク １２：ホトマスク形成用基板 １３：１回の露光領域 １５ａ：第１のシフタパターン形成領域 １５ｂ：第２のシフタパターン形成領域 １７：第１のシフタパターン １９：第２のシフタパターン １７ａ，１９ａ：シフタ １７ｘ：第１のシフタパターンの潜像 １９ｘ：第２のシフタパターンの潜像 １９ｙ：新たな第２のシフタパターンの潜像 ３１：ウエハ（レジスト塗布済み） ３３：第１及び第２のシフタパターンを重ねた潜像 ４１：未露光部

Claims (7)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 レジストに対し第１の露光及び第２の露
   光をそれぞれ位相シフト法用のシフタを有するホトマス
   クを用いて行なうパターン形成方法であって第１の露光
   時のシフタのエッジラインに第２の露光時のシフタのエ
   ッジラインが交差するように前記第２の露光を行なうパ
   ターン形成方法に用いられるホトマスクにおいて、 第１の露光用の第１のシフタパターンと第２の露光用の
   第２のシフタパターンとを１枚のホトマスク形成用基板
   上に共に設けてあることを特徴とするホトマスク。
2. 【請求項２】 請求項１に記載のホトマスクにおいて、 前記第１のシフタパターン及び第２のシフタパターン
   を、前記第１の露光後に第２の露光のためにウエハを移
   動するピッチに応じた所定の距離だけ離して、前記ホト
   マスク形成用基板上に、それぞれ設けてあることを特徴
   とするホトマスク。
3. 【請求項３】 請求項１又は２に記載のホトマスクにお
   いて、 前記ホトマスク形成用基板の１回の露光領域に当たる領
   域を２分割した一方の領域内に前記第１のシフタパター
   ンを他方の領域内に前記第２のシフタパターンをそれぞ
   れ設けてあり、これら第１及び第２のシフタパターン各
   々は長方形状のシフタを並置して構成してあることを特
   徴とするホトマスク。
4. 【請求項４】 請求項１〜３のいずれか１項に記載のホ
   トマスクを介しレジストを露光して該レジストに第１及
   び第２のシフタパターンの潜像を形成する工程と、 前記第２のシフタパターンの潜像に当該ホトマスクの第
   １のシフタパターンが重なるようにウエハを移動し、そ
   の後当該ホトマスクを介し前記レジストを露光して該レ
   ジストに第１及び第２のシフタパターンを重ねた潜像並
   びに新たに第２のシフタパターンの潜像を形成する工程
   とを少なくとも１回ずつ含むことを特徴とするパターン
   形成方法。
5. 【請求項５】 請求項４に記載のパターン形成方法にお
   いて、 前記新たに形成された第２のシフタパターンの潜像に当
   該ホトマスクの第１のシフタパターンが重なるようにウ
   エハを移動しその後当該ホトマスクを介し前記レジスト
   を露光することを順次繰り返すことを特徴とするパター
   ン形成方法。
6. 【請求項６】 請求項４又は５に記載のパターン形成方
   法において、 露光開始前に前記ホトマスクと前記ウエハとを統計的グ
   ローバルアライメントによりアライメントすることを特
   徴とするパターン形成方法。
7. 【請求項７】 請求項４又は５に記載のパターン形成方
   法において、 各露光前毎に前記ホトマスクと前記ウエハとをアライメ
   ントすることを特徴とするパターン形成方法。