JPH06163355A - 微細パターン形成方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 レベンソン型位相シフトマスクを用いて所望
レジストパターンを形成する際に、マスク製造プロセス
やシフタ配置アルゴリズムの複雑化を招くことなく、解
像力の向上をはかることができ、簡易にして高解像のパ
ターン転写を可能とする微細パターン形成方法を提供す
ること。 【構成】 マスク１０に形成されたパターンを投影光学
系１５を介してウェハ１６上に転写する微細パターン形
成方法において、マスク１０として、所望レジストパタ
ーンに対応するマスク部位が開口部１３で、その他のマ
スク部位が遮光部１２であり、該開口部１３の１つおき
に照明光の位相を１８０度シフトせしめる位相シフタ１
４を配置したものを用い、ウェハ１６上に塗布されたポ
ジ型レジスト１７にマスク１０の透過像を露光したの
ち、塩基性物質の蒸気中で加熱処理を施し、次いでレジ
スト１７に全面露光を行ったのち現像処理を施すことを
特徴とする。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、微細パターン形成方法
に係わり、特に半導体製造用縮小投影露光装置を用いた
微細パターン形成方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】原画パターンの描かれたマスクを照明系
で照明し、マスク上のパターンをウェハ上に転写する縮
小投影露光装置には、転写できるパターンの微細化が要
求されている。この要求を満足するために、露光波長の
短波長化，高ＮＡ化が進められてきた。

【０００３】図７に従って、従来用いられてきた露光装
置について説明する。図中７１は光源であり、この光源
７１からの光は楕円反射鏡やインプットレンズ等からな
る第１集光光学系７２により集光され、オプチカルイン
テグレータ等からなる均一化光学系７３により均一化さ
れた光となる。均一化光学系７３の射出面には、光源７
３の形状を決定するアパーチャ７５が配設されている。
このアパーチャ７５を通した光は、アウトプットレンズ
及びコリメーションレンズ等からなる第２集光光学系７
６により集光され、マスク７７に照射される。そして、
マスク７７を通した光が、投影光学系７８を介してウェ
ハ７９に投影されるものとなっている。このような構成
においてマスク７７から光が来る側をみた場合、光の性
質は、第２集光光学系７６を通じて均一化光学系７３か
ら出てくる光の性質となり、均一化光学系７３の出射側
が見かけ上の光源に見える。このため、上記のような構
成の場合、一般に均一化光学系７３の出射側７４を２次
光源と称している。マスク７７がウェハ７９上に投影さ
れるとき、投影露光パターンの形成特性、即ち解像度や
焦点深度等は、露光波長λ，投影光学系７８の開口数及
びマスク７７を照射する光の性状、即ち２次光源７４の
性状をきめるアパーチャ７５の形状によって決まる。一
般に、露光装置の解像力ｒ及び焦点深度Ｄは、 ｒ＝Ａ１・λ／ＮＡ Ｄ＝Ａ２・λ／ＮＡ２

【０００４】によって与えられる。但し、Ａ１，Ａ２は
プロセスファクタと呼ばれ、プロセス条件，光源の性状
等によって決定されるパラメータである。解像力を向上
させるためには、露光波長の短波長化，高ＮＡ化を行う
ことが必要であることが分る。しかしながら、同時に焦
点深度が急激に低下するという問題点が生じる。

【０００５】投影露光装置の焦点深度，解像力を向上さ
せる手法として、マスク上の隣接する２箇所の透明部分
を透過する光の位相を変えればよいことが知られてい
る。従来、マスク上の隣接する２箇所の透明部分を透過
する光の位相を変化させるマスクパターンについては、
アイ・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、EDー29巻、第12号（1982年）第1828
頁（IEEE Trans on Electron Devices, Vol ED-29 No.1
2 (1982)p1828 ）におけるマーク・デービッド・レベン
スン（Marc D. Levenson）等による“インプルービング
レゾルーションイン フォトリソグラフィ ウィズ
ア フェーズシフティング マスク（Improving Resolu
tion in Photolithography with a Phase-Shifting Mas
k ）”と題する文献において論じられている。

【０００６】本文献で提案している光学像を形成するた
めのマスク構造及び露光方法の典型的な例を、図８に従
って説明する。マスク基板８１上にパターンの原画とな
る遮光部８２を設け、更にその上に照明光の位相を変化
させる層（以下、位相シフタと称す）８３を設けてい
る。隣接する透過部の一方に位相を反転させるための位
相シフタ８３を形成する。このシフタの条件は、膜厚を
ｄ，屈折率をｎ，露光波長をλとすると、ｄ＝λ／｛２
（ｎ−１）｝の関係が必要である。

【０００７】上記のマスクを通過した光は、シフタが配
置されている開口部と配置されていない開口部で互いに
逆位相であるため、パターン境界部で光強度が０とな
り、投影レンズ８４を介してウェハ８５上での像ではパ
ターンが分離し解像度が向上する。図示のようにネガ型
レジストを用いることによって、配線パターン等の形成
が可能である。このように所望レジストパターンの位置
が開口部に対応するマスクをネガマスクと呼ぶことにす
る。なお、このマスク構造は典型的な一例であり、他の
マスク構造も多数提案されている。他のマスク構造にお
いても同様の光学的原理によって像形成を行っている。
なお、図８の８６は上記マスクにてネガ型レジストを露
光し、現像した後のレジストパターンを示している。

【０００８】しかしながら、ネガ型レジストは一般的に
ポジ型レジストに比べ解像力が低いため、レベンソン型
位相シフトマスクの解像力向上効果を十分に生かすこと
ができない。そこで、ポジ型レジストを用いて同様のレ
ジストパターンを得るためのレベンソン型位相シフトマ
スクの基本構造を図９に示す。

【０００９】この場合、まずマスク基板９１上のレジス
トパターンに対応するマスク位置に遮光部９２を配置
し、その間にシフタ９３を形成する構成とならざるを得
ない（この基本構成を有するマスクをポジマスクと呼ぶ
ことにする）。このマスクを用い、ポジ型レジストを用
いて転写すると、図示のように所望位置にレジスト９６
が残るのみならず、シフタのエッジ部９３ａに対応する
位置にもシフタエッジの位相反転効果によって像強度の
暗部が形成され、レジストパターンが残る。そして、閉
ループのレジストパターンが形成されてしまう。このた
め、シフタのエッジ部９３ａに対応する位置のレジスト
パターンを消すための何等かの工夫が必要となる。その
ためには、このシフタのエッジ部において急激に位相が
シフトするのを緩和すればよく、シフタのエッジをテー
パ状にしたり、階段状にしたりする工夫が成されている
（特開平４ー１５６５２号公報、特開平４ー１６６９３
８号公報）。

【００１０】しかしながら、この種のシフタエッジの処
理工程は非常に複雑となる。また、シフタ配置のアルゴ
リズムがネガマスクに比べて複雑になるという問題点も
有している。なお、上記マスク構造は典型的な一例であ
り、他のマスク構造も多数提案されている。他のマスク
構造においても、同様の光学的原理によって像形成を行
っているため、同様の問題を生じる。従って、他のマス
ク構造においても何らかの処置によって位相反転を緩和
する工夫が必要である点、シフタ配置のアルゴリズムが
複雑化する点に変わりはない。

【００１１】また、投影露光装置の焦点深度を向上させ
るための別の手法として近年、特開昭６１ー９１６６２
号公報に示されているように、従来用いている２次光源
の大きさを決める図７のアパーチャ７５の代わりに、図
１０に示すような円環状に透過部を有する光源変調フィ
ルタを装着することによって、２次光源の中心部の光を
用いず周辺部の光のみによって露光する方法（輪帯照明
露光法）が提案されている。

【００１２】その原理を以下に示す。図７のアパーチャ
７５の大きさを変えた場合、開口が小さいほど、即ちσ
値が小さいほど得られるパターンの側壁角は垂直に近く
なる。一方、細かいパターンまでの解像性を調べると、
逆にσ値が大きいほど細かいパターンまで隣接したパタ
ーン同士が分かれて転写される。かかる２つの傾向、即
ちσ値が小さいほど断面形状が良くなる一方、σ値が大
きいほど細かいパターンまで解像できるという傾向から
レジストの種類，膜厚を決めると、使用に耐える範囲の
断面形状で最も細かいパターンまで抜けるσ値の適値が
存在する。そして、多層レジスト等の使用を考え露光す
るレジスト層を薄くする場合には、上記のσ値の適値は
σが大きい方に移行する。

【００１３】照明光とパターン解像性との間に上記のよ
うな関係があるから、薄いレジストの場合には、２次光
源の外側まで使うほど細かいパターンまで解像する。従
って、さらに一歩進めて、細かいパターンまで解像する
ために必要な２次光源の周辺部だけの光を用いれば、一
層の高解像化がはかれる。また、このようなフィルタを
用いることにより、解像度が上がると共に焦点深度が深
くなることが確認されている。

【００１４】実際に上記輪帯照明露光を適用した結果を
以下に示す。図１１は今回適用した光源変調用フィルタ
を示しており、輪帯遮蔽率εをε＝ｒ２／ｒ１と定義す
る。図１２はラインとスペースの比率が１：１（０．６
μｍ）のＬ／Ｓパターンに対するコヒーレンシイσと輪
帯遮蔽率εの組み合わせによって得られる焦点深度の分
布を表したものである。同様に、図１３はパターンサイ
ズが０．６μｍにおける孤立残しの場合、図１４はパタ
ーンサイズが０．６μｍにおける孤立抜きパターンの場
合を示している。

【００１５】なお、上記図１２から図１４に示した焦点
深度（ＤＯＦ値）はｇ線，ＮＡ＝０．５４，ポジ型レジ
スト（ＰＦＲ−ＧＸ２００），膜厚１．０μｍにおける
場合を示したものである。さらに、図１２から図１４の
ＤＯＦ値は、コヒーレンシイσ＝０．５，輪帯遮蔽率ε
＝０での露光条件において得られたＤＯＦ値よりパター
ン形成に必要とされるコントラスト（限界解像コントラ
スト）を算出し、その限界解像コントラストをもとに、
各コヒーレンシイσ，輪帯遮蔽率εにおける焦点深度を
算出している。

【００１６】実際にプロセスにおいて必要とされるＤＯ
Ｆが２μｍ程度であることを考慮すると、図１２から明
らかなようにＬ／Ｓパターンによる制約が最も厳しく、
現状においては輪帯照明で露光する必要があることが分
る。さらに、図１２から図１４より以下が結論付けられ
る。Ｌ／Ｓパターンにおいてはσ＝０．５〜０．７，ε
＝０．６〜０．８が適値となり、また孤立残しパターン
に対してはσ＝０．６〜０．７，ε＝０．６〜０．８が
適値となり、Ｌ／Ｓと同様な傾向を示す。しかし、孤立
抜きパターン（コンタクトホール）に対してはσが小，
εが小（通常露光ほど良い）において適値となる。

【００１７】以上のことからこの種の技術の問題点とし
て、Ｌ／Ｓパターン及び孤立残しパターンで構成される
層を転写する場合と、孤立抜きパターン及びコンタクト
ホールで構成される層を転写する場合とで、光源変調フ
ィルタを交換することが必要となり、実用上非常に効率
が悪くなってしまう。

【００１８】一方、投影露光装置の実用的解像力を向上
させる別の手法として最近、イメージリバーサル法が提
案されている（T.Takemoto et al : A Vertically Isol
atedSelf-Aligned Transistor-VIST, IEDM Technical D
igest, p.1761 Nov.,1982、又はＭ．ボルセン、「ポジ
型ホトレジストの画像反転によるサブミクロン加工技
術」、「電子材料」、１９８７年６月号、ｐｐ４３−４
８）。これは、ポジレジストを用いているにも拘らず未
露光部が溶解し、露光部のレジストが残り、ネガレジス
トと同様の溶解特性を示すというものである。

【００１９】この方法を、図１５に従って説明する。オ
ルソジアゾナフトキノンの光化学反応の最終生成物であ
るカルボン酸の加熱による脱炭酸反応を利用する。ま
ず、図１５（ａ）に示すように、基板１５１上に塗布さ
れたポジ型レジスト１５２に対し、ネガ型マスクを用い
てパターンを露光する。次いで、図１５（ｂ）に示すよ
うに、加熱して脱炭酸反応を起こさせる。この時、塩基
性物質が存在すると脱炭酸反応が容易に起こることが知
られているので、アンモニア或いはアルキルアミンの蒸
気中で加熱する。又は、１ーヒドロキシエチルー２ーア
ルキルイミダゾリン，イミダゾール，トリエタノールア
ミンなどの塩基性物質を、予めレジスト１５２中に加え
おく。脱炭酸反応が起こると、後には炭化水素が残るの
で、この部分のレジスト１５２ａがアルカリ現像液には
溶けなくなる。つまり、ここで、ポジ型レジストのパタ
ーンはネガ型に反転するわけである。

【００２０】次いで、図１５（ｃ）において全面露光を
行い、残りの部分のレジスト膜中のオルソジアゾナフト
キノンをカルボン酸に変えた後、現像すると、図１５
（ｄ）に示すようにネガ型レジストパターンが得られ
る。レジスト形状においてもネガ型レジストと同様の逆
テーパ状の断面形状になり易い。即ち、現像をコントロ
ールすることによってレジストの断面形状を垂直に立た
せ易い。このため、ＭＵＶ〜ＤＵＶ領域での有力なポジ
型，ネガ型レジストが存在しなかった当時においては、
イメージリバーサル法はリソグラフィの実用的な解像力
向上につながる技術として注目されていた。

【００２１】

【発明が解決しようとする課題】このように従来、レベ
ンソン型位相シフトマスクを用いて所望レジストパター
ンを形成する場合、次のような問題があった。

【００２２】(1) ネガ型マスクを用いてネガ型レジスト
を露光すると、所望のレジストパターンが形成できるも
のの、ネガ型レジストの解像力が低いためにレベンソン
型位相シフトマスクの解像力向上効果が低減する。

【００２３】(2) ポジ型マスクを用いてポジ型レジスト
を露光すると、マスク遮光部からはみ出したシフタのエ
ッジ部に対応する像面位置にレジストが残り、閉ループ
のレジストパターンとなってしまう。

【００２４】(3) (2) の問題点を解決するために、シフ
タのエッジにテーパをつけたり、複数段の段差を設ける
と、マスク製造プロセスが複雑化してしまう。さらに、
シフタ配置のアルゴリズムがネガマスクに比べて複雑に
なる。

【００２５】また、輪帯照明露光法に代表される超解像
露光法により所望レジストパターンを形成する場合、次
のような問題があった。即ち、ポジレジストを使用する
と、Ｌ／Ｓ，孤立残しパターンに対しては焦点深度向上
効果があるが、孤立抜きパターン，コンタクトホールパ
ターンに対してはかえって焦点深度が減少してしまう。
輪帯照明露光法を用いずコヒーレンシイを小さくする
と、孤立抜きパターン，コンタクトホールパターンに対
しては焦点深度が向上するが、Ｌ／Ｓパターン，孤立残
しパターンは焦点深度が低下してしまう。このため、実
際のＬＳＩ製造に際しては、Ｌ／Ｓパターン的な配線等
の転写工程においては輪帯照明とし、コンタクトホール
パターン転写工程においては低コヒーレンシイの照明に
切り替える必要が生じ、ステッパの照明光学系の設計変
更，改造を余儀なくされる。

【００２６】本発明は上記事情を考慮してなされたもの
で、その目的とするところは、レベンソン型位相シフト
マスクを用いて所望レジストパターンを形成する際に、
マスク製造プロセスやシフタ配置アルゴリズムの複雑化
を招くことなく、解像力の向上をはかることができ、簡
易にして高解像のパターン転写を可能とする微細パター
ン形成方法を提供することにある。

【００２７】また、本発明の他の目的は、輪帯照明露光
法により所望レジストパターンを形成する際に、露光す
べきパターンの種別により照明条件を変えることなく、
各種パターンに焦点深度向上効果を持たせて露光するこ
とができ、簡易にして高解像のパターン転写を可能とす
る微細パターン形成方法を提供することにある。

【００２８】

【課題を解決するための手段】本発明の骨子は、レベン
ソン型位相シフトマスクを用いて、又は輪帯照明露光法
により所望レジストパターンを形成する際に、イメージ
リバーサル法の考えを適用して、より優れたパターン転
写を実現することにある。

【００２９】即ち本発明（請求項１）は、マスクに形成
されたパターンを投影光学系を介してウェハ上に転写す
る微細パターン形成方法において、マスクとして、所望
レジストパターンに対応するマスク部位が開口部で、そ
の他のマスク部位が遮光部であり、開口部のほぼ１つお
きに照明光の位相をほぼ１８０度シフトせしめる位相シ
フタを配置したものを用い、ウェハ上に塗布されたポジ
型レジストにマスクの透過像を露光したのち塩基性物質
（例えばアンモニア或いはアミン系化合物）の蒸気中の
蒸気中で加熱処理を施すか、又は予め塩基性物質が添加
されてウェハ上に塗布されたポジ型レジストにマスクの
透過像を露光したのち加熱処理を施し、次いでレジスト
に全面露光を行ったのち現像処理を施すことを特徴とす
る。

【００３０】また本発明（請求項２）は、マスクに形成
されたパターンを投影光学系を介してウェハ上に転写す
る微細パターン形成方法において、マスクを照明する光
源として、周辺部が中央部に対して強度大なる形状、光
軸に対して４回対象で且つ光軸から外れた４箇所におい
て強度大なる形状、又はこれら２つの形状の複合形状と
なるものを用い、ウェハ上に塗布されたポジ型レジスト
にマスクの透過像を露光したのち塩基性物質の蒸気中で
加熱処理を施すか、又は予め塩基性物質が添加されウェ
ハ上に塗布されたポジ型レジストにマスクの透過像を露
光したのち加熱処理を施し、次いでレジストに全面露光
を行ったのち現像処理を施すことを特徴とする。

【００３１】また本発明（請求項３）は、マスクに形成
されたパターンを投影光学系を介してウェハ上に転写す
る微細パターン形成方法において、マスクとして、所望
レジストパターンに対応するマスク部位が開口部で、そ
の他のマスク部位が遮光部であり、開口部のほぼ１つお
きに照明光の位相をほぼ１８０度シフトせしめる位相シ
フタを配置したものを用い、ウェハ上に塗布されたポジ
型レジストにマスクの透過像を露光したのち現像処理を
施し、次いでレジストの開口部に下地に対するエッチン
グマスクとなり得る物質を選択的に形成し、次いでレジ
ストを剥離することを特徴とする。

【００３２】また本発明（請求項４）は、マスクに形成
されたパターンを投影光学系を介してウェハ上に転写す
る微細パターン形成方法において、マスクを照明する光
源として、周辺部が中央部に対して強度大なる形状、光
軸に対して４回対象で且つ光軸から外れた４箇所におい
て強度大なる形状、又は２つの形状の複合形状となるも
のを用い、この光源より発生する光によってマスクを照
明し、該マスクの透過像をウェハ上に塗布されたポジ型
レジストに露光し、次いでレジストに現像処理を施し、
次いでレジストの開口部に下地に対するエッチングマス
クとなり得る物質を選択的に形成し、次いでレジストを
剥離することを特徴とする。

【００３３】

【作用】本発明において上記問題点を解決するのは、イ
メージリバーサル法及びレジストパターンを鋳型として
エッチングマスクを形成する方法が、ウェハ上でポジパ
ターンからネガパターンへ変換する作用による。

【００３４】レベンソン型位相シフトマスクの場合は、
図８に示すようにネガ型マスクとネガ型レジストとの組
合せによると、容易に所望レジストパターンが形成され
る。しかし、ネガ型レジストは一般的に解像力が低い。
ポジ型マスクとポジ型レジストの組合せでは、図９に示
すようにシフタのエッジが遮光部からはみ出してしまう
ため、このシフタによる急峻な位相変化を緩和する処置
を施さない限り所望レジストパターンは得られない。従
って、ネガ型マスクとポジ型マスクを用い、さらに上記
２手法の作用によってレジストパターンを変換すること
によって上記問題点を解決する。

【００３５】即ち本発明（請求項１）によれば、ネガ型
マスクを用いることによりパターンのはみ出しをなく
し、ポジ型レジストを用いることにより高解像のパター
ン転写を行うことができる。このとき、マスクによりポ
ジ型レジストに転写されたパターンは本来形成すべきパ
ターンとは逆になっているが、この後にイメージリバー
サル法により転写パターンを反転させることにより、本
来のパターンを得ることができる。

【００３６】また、輪帯照明に代表される斜入射照明露
光法の場合は、通常のレジストプロセスによるポジレジ
ストパターンにおいては孤立残しパターンに対する焦点
深度向上効果があり、孤立抜き（コンタクトホールパタ
ーン）に対する焦点深度減少効果がある。従って、コン
タクトホールパターンの層におけるレジストプロセスの
み上記２手法を用いることによって上記問題点を解決す
る。

【００３７】即ち本発明（請求項２）によれば、孤立抜
きパターンに対してネガ型マスクとポジ型レジストを用
いることにより、孤立残しパターンと同様に焦点深度向
上効果を持たせることができる。このとき、マスクによ
りポジ型レジストに転写されたパターンは本来形成すべ
きパターンとは逆（孤立残しパターン）になっている
が、この後にイメージリバーサル法により転写パターン
を反転させることによって、本来のパターンを得ること
ができる。

【００３８】また、本発明（請求項３，４）によれば、
ネガ型マスクとポジ型レジストを用いてパターン転写，
現像まで行った後に、レジストの開口部に下地に対する
エッチングマスクとなり得る物質を選択的に形成し、そ
の後にレジストを剥離することにより、イメージリバー
サル法と同様にポジレジストの反転パターンを形成する
ことができ、請求項１，２と同様の作用を奏する。

【００３９】

【実施例】以下、本発明の詳細を図示の実施例によって
説明する。以下の第１の実施例においてはレベンソン型
位相シフト法とイメージリバーサル法の組み合わせによ
って得られる新しいメリットについて詳細に述べる。ま
た、第２の実施例においては輪帯照明露光法とイメージ
リバーサル法との組み合わせによって得られる新しい利
点について詳説する。 （実施例１）

【００４０】図１，２に従って本発明の第１の実施例を
説明する。この実施例は、レベンソン型位相シフト法と
イメージリバーサル法の組み合わせによる露光工程に関
するものである。図１は本実施例の最初の工程を示すマ
スク及び露光光学系の概念的な斜視図である。マスク１
０は、基板１１上に設けられた遮光部１２，開口部１３
及びシフタ１４より構成される。シフタ１４は、周期的
な開口部の１つおきに設置される。このマスク１０は、
前述のようにシフタのエッジが遮光部とオーバーラップ
する、いわゆるネガマスクである。

【００４１】マスク１０のパターンを投影光学系１５を
介してレジスト１７付きのウェハ１６上に転写する。レ
ジスト１７には、通常のジアゾ・ノボラック系ポジレジ
ストを用いる。シフタ１４のエッジは遮光部１２の上に
乗っているため、エッジ部の位相反転による暗部形成が
なされない。なお、１８は露光部を示しており、カルボ
ン酸の発生を示している。

【００４２】この工程を含め後工程を図２に従って説明
する。図２は図１のＡ−Ａ′断面を示している。図１の
工程終了後の状態が図２（ａ）であり、２１は基板、２
２はポジレジスト、２２ａは露光部を示している。次い
で、図２（ｂ）に示すように、試料を加熱して脱炭酸反
応を起こさせる。この時、塩基性物質が存在すると脱炭
酸反応が容易に起こることが知られているので、アンモ
ニア或いはアルキルアミンの蒸気中で１〜２時間加熱す
る。この代わりに、１ーヒドロキシエチルー２ーアルキ
ルイミダゾリン，イミダゾール，トリエタノールアミン
などの塩基性物質を、予めレジスト中に加えおくように
してもよい。この場合は、加熱時間は１〜５分でよい。

【００４３】露光部２２ａにおいて脱炭酸反応が起こる
と、後には炭化水素が残るので、この部分（露光部２２
ａ）のレジスト２２がアルカリ現像液には溶けなくな
る。つまり、ここでポジ型レジスト２２のパターンはネ
ガ型に反転するわけである。

【００４４】次いで、図２（ｃ）に示すように全面露光
を行い、残りの部分のレジスト膜中のオルソジアゾナフ
トキノンをカルボン酸に変えた後、現像すると、図２
（ｄ）に示すようにネガ型レジストパターンが得られ
る。この状態で、下地に対するエッチングマスクが形成
された。次いで、図２（ｅ）に示すように、上記のエッ
チングマスクによって下地をエッチングした後にエッチ
ングマスクを剥離する。

【００４５】なお、レジストとしては通常の化学増幅型
ポジレジストの場合でも、同様の工程によってイメージ
リバーサルが可能である。また、化学増幅型ポジレジス
トを使用する場合には、通常の現像工程の代わりに有機
溶剤による現像を行うことによってもイメージリバーサ
ルが実現できる。

【００４６】本実施例に示す露光方法は、以下に示す３
つの利点を有している。第１の利点は、レベンソン型位
相シフトマスクを使用してポジレジスト上にパターンを
転写するために、従来のように通常のネガレジストを使
用する場合に比べて非常に高い解像力，焦点深度が得ら
れることである。第２の利点は、上記のようなレベンソ
ン型位相シフトマスクとイメージリバーサル法の単純な
組み合わせによる効果ではない新しい利点である。即
ち、イメージリバーサル法を用いるために、ネガ型のレ
ベンソン型位相シフトマスクを用いることができ、従来
のポジ型のレベンソン型位相シフトマスクの場合のよう
に、遮光部とオーバーラップしていないシフタエッジ部
にテーパを付ける等の複雑なマスク製造工程を経る必要
がないことである。第３の利点は、イメージリバーサル
法を行うための特別な装置が必要なく、新たな設備投資
を行う必要がないというイメージリバーサル法本来の利
点も合わせ有することである。

【００４７】なお、本実施例においては、マスクとして
シフタのみ形成され、そのシフタのエッジ部で未露光部
を生じせしめるマスクであるシフタオンリー位相シフト
マスクを用いても同様に効果が大きい。 （実施例２）

【００４８】図３に従って本発明の第２の実施例を説明
する。この実施例は、輪帯照明露光法の特徴、即ちポジ
レジストを使用して通常の現像処理を行った場合の孤立
残しレジストパターンに対して焦点深度向上効果を有す
ることと、イメージリバーサル法の組み合わせを利用し
て、孤立抜きレジストパターン（特にコンタクトホー
ル）の焦点深度をも向上させる方法である。

【００４９】図３は、本実施例に従ってエッチングマス
クを形成する場合の第１番目の工程を示している。図中
３１は照明を輪帯形状とするためのリング状のアパーチ
ャである。輪帯照明によってマスク３２を照明し、投影
光学系３３によって、ポジレジスト３５が塗布してある
ウェハ３４上にマスク像が縮小投影される。図示のよう
にマスクパターンとしては、細線或いは微細島状の遮光
部で形成された孤立残しパターンである。また、レジス
トとしては通常のジアゾ・ノボラック系ポジレジストを
用いる。このようなマスクを転写すると、マスクの遮光
部に相当する部分３５ｂが未露光部、その他３５ａが露
光部となる。

【００５０】この後のイメージリバーサルの工程は第１
の実施例に記載した方法と全く同じである。また、化学
増幅型ポジレジストも使用可能であること、さらに化学
増幅型ポジレジストを使用した場合には通常の現像工程
の代わりに有機溶剤による現像を行うことによってイメ
ージリバーサルが実現可能であることも全く同じであ
る。さらに、本実施例においては照明方法として輪帯照
明を用いたが、本発明を限定するものではなく、光軸に
対して４回対象でありかつ光軸から外れた４つの領域に
て強度大なる光源による照明、或いはこの光源と輪帯状
の光源との混合の形状等、斜め照明を基調とするものあ
ればどのような照明方法でもよい。また、マスクとして
は、遮光体の代わりにハーフトーン膜を用いこのハーフ
トーン膜で露光光の位相を反転させるマスクであるハー
フトーン位相シフトマスク、遮光部の回りに位相シフタ
を形成したマスクである自己整合型位相シフトマスク、
シフタのみで形成されたシフターオンリー位相シフトマ
スク等の位相シフトマスクでもよい。

【００５１】本実施例による孤立抜き（コンタクトホー
ル）形成法は、以下に示す３つの利点を有する。まず第
１に、イメージリバーサルによってポジレジストをネガ
化して用い、さらに輪帯照明によって照明するため、解
像力，焦点深度の高い孤立抜き（コンタクトホール）パ
ターンを形成できることである。第２に、前記のように
単に輪帯照明とイメージリバーサルの利点が足し合わさ
れるだけでなく、実際のリソグラフィの全工程を考慮す
ると大きな利点が生じる。即ち、本発明によると実際の
ＬＳＩ製造に際しては、Ｌ／Ｓパターン的な配線等の転
写工程、コンタクトホールパターン転写工程共々輪帯照
明で露光し、コンタクトホール形成工程のみ上記イメー
ジリバーサル工程を行うため、ステッパの照明系の設計
変更，改造の必要がない。第３に、イメージリバーサル
法を行うための特別な装置が必要なく、新たな設備投資
を行う必要がないというイメージリバーサル法本来の利
点も合わせ有する。

【００５２】上記のようにリソグラフィの目的は基板を
エッチングするためのエッチングマスクを形成すること
であり、上記２つの実施例にも示されたように通常では
レジストパターンがエッチングマスクとなる場合がほと
んどである。以下の２つの実施例においては、露光によ
って形成したレジストパターンをエッチングマスクとし
て用いるのではなく、エッチングマスクを形成するため
の鋳型として用いている。以下に示す実施例のポイント
は、従来ネガ型レジストを用いてしか形成できなかった
パターンを、ポジ型レジストを用いて形成可能とした点
であり、以下の実施例はこの点において共通している。 （実施例３）

【００５３】図４に従って本発明の第３の実施例を説明
する。図４は、本実施例の最初の工程を示すマスク及び
露光光学系の概念的な斜視図である。マスク４０は、基
板４１上に形成された遮光部４２，開口部４３及びシフ
タ４４より構成される。シフタ４４は、周期的な開口部
の１つおきに設置される。このマスク４０は、前述のよ
うにシフタのエッジが遮光部とオーバーラップする、い
わゆるネガマスクである。

【００５４】このマスク４４を投影光学系４５を介して
レジスト４７付きのウェハ４６上に転写する。レジスト
４７は通常のジアゾ・ノボラック系ポジレジスト或いは
化学増幅型ポジレジストを用いる。このため、マスクの
開口部に相当する部分が溶解してパターンを形成する。
シフタ４４のエッジは遮光部４２にオーバーラップして
いるため、エッジ部の位相反転による暗部形成がなされ
ない。なお、４８は露光，現像後に形成されるレジスト
抜き部を示している。

【００５５】この工程を含め図５に従って、本実施例を
さらに詳しく説明する。図５は、図４の一点鎖線部Ａ−
Ａ′での断面図である。ＤＲＡＭのゲートパターン形成
工程等、Ｓｉをエッチングする場合を例にとって説明す
る。まず、図５（ａ）に示すように、エッチングしたい
ウェハ面（Ｓｉ）５１の上にＳｉＯ₂ 膜５２を堆積す
る。その後、ポジレジスト５３を塗布し、露光，現像す
る。図５（ａ）は図４に対応するレジストパターンであ
る。

【００５６】次いで、図５（ｂ）に示すように、ＳｉＯ
₂ 膜５２とレジスト５３との選択成長性を利用し、Ｓｉ
Ｏ₂ 膜５４をＳｉＯ₂ 膜５２上のみに液相選択成長させ
る。次いで、図５（ｃ）に示すように、レジスト５３を
剥離してＳｉＯ₂ 膜５４をエッチングマスクとして下地
のＳｉＯ₂ 膜５２、さらにはその下地のＳｉ５１を異方
性エッチングする。その後、図５（ｄ）に示すように、
ＳｉＯ₂ 膜５４，５２を取り除き所望のエッチング形状
を得る。

【００５７】本実施例に示す露光方法は、以下に示す２
点の利点を有している。まず第１に、レベンソン型位相
シフトマスクを使用してポジレジスト上に転写するため
に、従来のようにネガレジストを使用する場合に比べて
非常に解像力，焦点深度が大きいことである。第２に、
ネガ型のレベンソン型位相シフトマスクを用いるため、
従来のポジ型のレベンソン型位相シフトマスクの場合の
ように、遮光部とオーバーラップしていないシフタエッ
ジ部にテーパを付ける等の複雑なマスク製造工程を経る
必要がないことである。

【００５８】なお、本実施例においては、マスクとして
シフタのみ形成され、そのシフタのエッジ部で未露光部
を生じせしめるマスクであるシフタオンリー位相シフト
マスクを用いても同様に効果が大きい。 （実施例４）

【００５９】図６に従って本発明の第４の実施例を説明
する。この実施例は、ポジレジストを使用した場合の孤
立残しパターンに対して、輪帯照明が焦点深度向上効果
を有していることを利用して、孤立抜きパターン（特に
コンタクトホール）に対して焦点深度の深いエッチング
マスクを提供するものである。図６は、本実施例に従っ
てエッチングマスクを形成する場合の第１番目の工程を
示している。

【００６０】図中６１は、照明を輪帯形状とするための
リング状のアパーチャである。輪帯照明によってマスク
６２を照明し、投影光学系６３によって、ポジレジスト
６５が塗布してあるウェハ６４上にマスク像が縮小投影
される。本実施例においてはマスクパターンは孤立残し
パターンである。このようなマスクを転写すると、マス
クの遮光部に相当する部分６５ｂが未露光部、その他６
５ａが露光部となる。この工程も含めた後工程は、第３
の実施例に記載されたもの（図５）と全く同じである。
さらに、本実施例においては照明方法として輪帯照明を
用いたが、本発明を限定するものではなく、光軸に対し
て４回対象であり且つ光軸から外れた４つの領域にて強
度大なる光源による照明、或いはこの光源と輪帯状の光
源との混合の形状等、斜め照明を基調とするものあれば
どのような照明方法でもよい。またマスクとしては、前
述したハーフトーン位相シフトマスク，自己整合型位相
シフトマスク，シフターオンリー位相シフトマスク等の
位相シフトマスクでもよい。

【００６１】本実施例による孤立抜き（コンタクトホー
ル）形成法は、以下に示す２つの利点を有する。まず第
１に、ポジレジストを用い、さらに輪帯照明であるた
め、解像力、焦点深度の高い孤立抜き（コンタクトホー
ル）パターンを形成できることである。第２に、実際の
リソグラフィの全工程を考慮すると大きな利点が生じる
ことである。即ち本発明によると実際のＬＳＩ製造に際
しては、Ｌ／Ｓパターン的な配線等の転写工程、コンタ
クトホールパターン転写工程共々輪帯照明で露光し、コ
ンタクトホール形成工程のみ上記実施例に記載した工程
を行うため、ステッパーの照明系の設計変更，改造の必
要がない。

【００６２】なお、上記第３，４の実施例においては、
下地の物質であるＳｉＯ₂ のレジストに対するＳｉＯ₂
液層選択成長によってエッチングマスクを形成したが、
本発明を限定するものではない。レジストとの選択性は
必要なく、堆積する物質もＳｉＯ₂ には限定されない。
カーボン（Ｃ），タングステン（Ｗ），窒化珪素（Ｓｉ
Ｎｘ），シリコン（Ｓｉ）等、下地に対するエッチング
マスクになり得る物質であればよい。

【００６３】

【発明の効果】以上詳述したように本発明によれば、レ
ベンソン型位相シフトマスクを用いて、又は輪帯照明露
光法により所望レジストパターンを形成する際に、ネガ
型マスクとポジ型レジストを用い、さらにイメージリバ
ーサル法の考えを適用することにより、レベンソン型位
相シフトマスクを用いる場合には、マスク製造プロセス
やシフタ配置アルゴリズムの複雑化を招くことなく、解
像力の向上をはかることができ、簡易にして高解像のパ
ターン転写が可能となる。さらに、輪帯照明露光法を用
いる場合には、露光すべきパターンの種別により照明条
件を変えることなく、各種パターンに焦点深度向上効果
を持たせて露光することができ、簡易にして高解像のパ
ターン転写が可能となる。

【図面の簡単な説明】

【図１】第１の実施例における最初の工程を示すマスク
及び露光光学系の概念的な斜視図。

【図２】図１のＡ−Ａ′断面に相当するもので、第１の
実施例におけるレジストの選択的露光後の工程断面図。

【図３】第２の実施例における最初の工程を示すマスク
及び露光光学系の概念的な断面図。

【図４】第３の実施例における最初の工程を示すマスク
及び露光光学系の概念的な斜視図。

【図５】図４のＡ−Ａ′断面に相当するもので、第３の
実施例におけるレジストの選択的露光後の工程断面図。

【図６】第４の実施例における最初の工程を示すマスク
及び露光光学系の概念的な断面図。

【図７】従来の縮小投影露光装置の基本構成を示す模式
図。

【図８】ネガ型のレベンソン型位相シフトマスクを用い
て、ネガ型レジストを露光し現像した場合の例を示す斜
視図。

【図９】ポジ型のレベンソン型位相シフトマスクを用い
て、ポジ型レジストを露光し現像した場合の例を示す斜
視図。

【図１０】光源変調用フィルタの例を示す図。

【図１１】実際に用いた光源変調用フィルタ（輪帯フィ
ルタ）の例を示す図。

【図１２】Ｌ／Ｓパターンにおける焦点深度のコヒーレ
ンシイσと輪帯遮蔽率ε依存性を示す図。

【図１３】孤立残しパターンにおける焦点深度のコヒー
レンシイσと輪帯遮蔽率ε依存性を示す図。

【図１４】孤立抜きパターンにおける焦点深度のコヒー
レンシイσと輪帯遮蔽率ε依存性を示す図。

【図１５】イメージリバーサル法を説明するための工程
断面図。

【符号の説明】

１０，３２…ネガ型マスク １１，２１…基板 １２…遮光部 １３…開口部 １４…位相シフタ １５，３３…投影光学系 １６，３４…ウェハ １７，２２，３５…ポジ型レジスト １８，２２ａ３５ａ…露光部 ３１…リング状アパーチャ ３５ｂ…未露光部

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁵ 識別記号 庁内整理番号 ＦＩ 技術表示箇所 7352−4Ｍ Ｈ０１Ｌ 21/30 ３１１ Ｗ 7352−4Ｍ ３６１ Ｐ 7352−4Ｍ ３６１ Ｋ

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】マスクに形成されたパターンを投影光学系
   を介してウェハ上に転写する微細パターン形成方法にお
   いて、 前記マスクとして、所望レジストパターンに対応するマ
   スク部位が開口部で、その他のマスク部位が遮光部であ
   り、開口部のほぼ１つおきに照明光の位相をほぼ１８０
   度シフトせしめる位相シフタを配置したものを用い、 前記ウェハ上に塗布されたポジ型レジストに前記マスク
   の透過像を露光したのち塩基性物質の蒸気中で加熱処理
   を施すか、又は予め塩基性物質が添加されて前記ウェハ
   上に塗布されたポジ型レジストに前記マスクの透過像を
   露光したのち加熱処理を施し、 次いで前記レジストに全面露光を行ったのち現像処理を
   施すことを特徴とする微細パターン形成方法。
2. 【請求項２】マスクに形成されたパターンを投影光学系
   を介してウェハ上に転写する微細パターン形成方法にお
   いて、 前記マスクを照明する光源として、周辺部が中央部に対
   して強度大なる形状、光軸に対して４回対象で且つ光軸
   から外れた４箇所において強度大なる形状、又はこれら
   ２つの形状の複合形状となるものを用い、 前記ウェハ上に塗布されたポジ型レジストに前記マスク
   の透過像を露光したのち塩基性物質の蒸気中で加熱処理
   を施すか、又は予め塩基性物質が添加されて前記ウェハ
   上に塗布されたポジ型レジストに前記マスクの透過像を
   露光したのち加熱処理を施し、 次いで前記レジストに全面露光を行ったのち現像処理を
   施すことを特徴とする微細パターン形成方法。
3. 【請求項３】マスクに形成されたパターンを投影光学系
   を介してウェハ上に転写する微細パターン形成方法にお
   いて、 前記マスクとして、所望レジストパターンに対応するマ
   スク部位が開口部で、その他のマスク部位が遮光部であ
   り、開口部のほぼ１つおきに照明光の位相をほぼ１８０
   度シフトせしめる位相シフタを配置したものを用い、 前記ウェハ上に塗布されたポジ型レジストに前記マスク
   の透過像を露光したのち現像処理を施し、 次いで前記レジストの開口部に下地に対するエッチング
   マスクとなり得る物質を選択的に形成し、 次いで前記レジストを剥離することを特徴とする微細パ
   ターン形成方法。
4. 【請求項４】マスクに形成されたパターンを投影光学系
   を介してウェハ上に転写する微細パターン形成方法にお
   いて、 前記マスクを照明する光源として、周辺部が中央部に対
   して強度大なる形状、光軸に対して４回対象で且つ光軸
   から外れた４箇所において強度大なる形状、又は前記２
   つの形状の複合形状となるものを用い、 この光源より発生する光によって前記マスクを照明し、
   該マスクの透過像を前記ウェハ上に塗布されたポジ型レ
   ジストに露光し、 次いで前記レジストに現像処理を施し、 次いで前記レジストの開口部に下地に対するエッチング
   マスクとなり得る物質を選択的に形成し、 次いで前記レジストを剥離することを特徴とする微細パ
   ターン形成方法。