JPH06325994A

JPH06325994A - パターン形成方法、パターン形成装置及びマスク

Info

Publication number: JPH06325994A
Application number: JP10934393A
Authority: JP
Inventors: Tsuneo Terasawa; 恒男寺澤; Takumi Ueno; 巧上野; Shinji Okazaki; 信次岡崎
Original assignee: Hitachi Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd
Priority date: 1993-05-11
Filing date: 1993-05-11
Publication date: 1994-11-25

Abstract

(57)【要約】【目的】ポジ型レジストを用いるに適した微細なパター
ン群と、ネガ型レジストを用いるに適したパターン群と
が混在したパターンを、マスクやレジストを交換するこ
となく精度よく形成できるパターン形成方法を提供する
こと。【構成】第１及び第２の光源１、４から２種類の異なる
照明光、例えば、互いに波長が異なる照明光でレティク
ル８を照射する。レティクル８は、透過した異なる照明
光に、それぞれ互いに異なる光の分布を与える。ウェー
ハ１１上に設けられた感放射線材料膜は、異なる照明光
の照射により、所望の現像液に対して、それぞれ異なる
溶解速度を示すように変化してパターンが形成される。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、ウェーハ上に複雑な微
細パターンを転写するパターン形成方法及びそれを行な
うに適したパターン形成装置並びにそれに用いるマスク
に関する。

【０００２】

【従来の技術】半導体集積回路等のパターンの形成に
は、マスク上に描かれたパターンを試料基板上に転写す
るリソグラフィ技術と呼ばれる方法が広く採用されてい
る。このパターン転写を行なうために、一般には、マス
ク上のパターンを縮小して転写する縮小投影型の露光装
置が用いられる。

【０００３】近年、半導体集積回路等のパターンの微細
化が進むに伴って、上記投影露光装置には、解像力が高
く微細なパターンの転写が可能であることが要求されて
いる。一般に、投影レンズの開口数（ＮＡ）が大きいほ
ど、或いは露光光の波長が短いほど解像力は向上する。
しかし、ＮＡの極端な向上は焦点深度の低下を招くので
実用上不都合を生じる。また、露光光の短波長化も、対
応できる光源、投影レンズの材料及びレジスト材料の制
約の面から限界に近付いてきている。

【０００４】そこで、現状の投影露光装置を用いて、か
つ従来の解像限界を超える微細パターンを転写する試み
がなされている。特公昭６２−５０８１１号公報には、
マスク自体に露光光の位相差を与える位相部材を設ける
ことにより、特に周期性を有する開口パターンに対し
て、解像力を大幅に向上させる方法が示されている。こ
れに用いるマスクは、その遮光領域の中に互いに分離し
た光透過部が開口パターンとして多数配置され、１個お
きの開口部に照明光の位相を１８０度変化させる透明な
位相部材を設けたものである。このマスクの部分平面図
を図７（ａ）に、その断面図を図７（ｂ）に示す。図に
示すように遮光部４０の中に微細な光透過部４１、４
２、４３がある場合、光透過部４２に位相部材４６を設
けることにより、マスク透過光の振幅を図７（ｃ）に示
す分布とすることができ、ウェーハ上でそれぞれの開口
パターンの像が分離した光強度分布を得ることができ
る。なお、４４は透明基板、４５は遮光膜である。この
場合、ポジ型のフォトレジストを用いれば光透過部分の
みが現像除去されて微細なスペースパターンが形成され
る。

【０００５】また、実質的に孤立した開口パターンであ
っても、その周辺部分に補助的に微細な開口パターンを
新たに配置し、ここに位相部材を設けることによって解
像力を向上させる方法が特開昭６２−６７５１４号公報
に記載されている。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】上記特公昭６２−５０
８１１号公報記載の従来技術は、微細なフォトレジスト
のラインパターンやドットパターン（フォトレジストを
線状や点状に残したパターン）を形成することについて
は配慮されていなかった。すなわち、図８に示すよう
に、広い光透過領域４８の内側に微細な遮光パターン４
９が多数存在する場合には、遮光部を挾んで互いに隣接
する開口部に透明な位相部材５０を設けようとしても、
位相部材５０のエッジの一部分が光透過部に存在し、そ
こが遮光部として作用するため、ウェーハ上では所望の
光強度分布が得られないことになる。

【０００７】このようなエッジの存在による投影像劣化
を防止するために、例えば特開平２−３４８５４号公報
には、エッジ部分で位相を徐々に変化させる方法が示さ
れているが、マスクの構造が極めて複雑になることから
実用的ではない。一方、特開昭６２−６７５１４号公報
に開示されているマスクも遮光部内に微細な開口部が存
在する場合は効果があるが、逆に光透過部内に微細遮光
部が存在する場合にはこれを転写することができない。

【０００８】以上に述べたように、従来の位相差を用い
るマスクは光の干渉の効果を利用してウェーハ上での光
の拡がりを小さくすることは可能であるが、光透過領域
内で遮光部分を小さく絞ることはできないという問題が
あった。従って、ポジ型のフォトレジストを用いる場合
は、微細なホールパターンを形成することは可能である
が、微細なラインパターンやドットパターンを形成する
ことはできない。小さなドットパターンを形成したい場
合、ネガ型フォトレジストを用いれば、図７に示した従
来の位相差を与えるマスクを利用することはできる。し
かし、実際の回路素子のパターンは一般に複雑で、例え
ば微細なドットパターンや微細幅のラインパターンと微
細なホールパターンや微細幅のスペースパターンとが混
在する場合もある。このような場合、従来の露光方法で
は所望のパターンを精度よく形成することはできなかっ
た。

【０００９】本発明の第１の目的は、ポジ型レジストを
用いるに適した微細なパターン群と、ネガ型レジストを
用いるに適したパターン群とが混在したパターンを、マ
スクやレジストを交換することなく精度よく形成できる
パターン形成方法を提供することにある。本発明の第２
の目的は、そのようなパターン形成を行なうに適したパ
ターン形成装置を提供することにある。本発明の第３の
目的は、そのようなパターン形成を行なうに適したマス
クを提供することにある。

【００１０】

【課題を解決するための手段】上記第１の目的を達成す
るために、本発明のパターン形成方法は、所望のパター
ンを有するマスクを照射し、パターンを投影光学系を介
してウェーハ上に転写するパターン形成方法であって、
この照射を、少なくとも２種類の異なる照明光で同時又
は順次に行ない、上記パターンは、マスクを透過又は反
射した異なる照明光に、それぞれ互いに異なる光の分布
を与えるものであり、ウェーハ上に設けられた感放射線
材料膜は、異なる照明光の照射により、所望の現像液に
対して、それぞれ異なる溶解速度を示すように変化して
パターンが形成されるようにした方法である。

【００１１】さらに、本発明のパターン形成方法は、所
望のパターンを有するマスクを照射し、このパターンを
投影光学系を介してウェーハ上に転写するパターン形成
方法であって、マスクを少なくとも２種類設け、照射
を、少なくとも２種類のマスクに対してそれぞれ異なる
照明光で同時又は順次に行ない、マスクを透過又は反射
した異なる照明光に、それぞれ互いに異なる光の分布を
与え、ウェーハ上に設けられた感放射線材料膜は、異な
る照明光の照射により、所望の現像液に対して、それぞ
れ異なる溶解速度を示すように変化してパターンが形成
されるようにしたものである。

【００１２】いずれの方法においても、上記異なる照明
光は、互いに波長が異なる照明光であることが好まし
い。また、上記マスクのパターンの一部分は、遮光部を
挾む開口パターンであって、その一方は照明光に対して
所定の位相差を与える開口パターンであることが好まし
い。

【００１３】また、上記第２の目的を達成するために、
本発明のパターン形成装置は、所望のパターンを有する
マスクを少なくとも２種類の異なる照明光で照射するた
めの光源と、異なる照明光を透過又は反射したときにそ
れぞれ異なる光の分布を与えるマスクを保持するための
保持手段と、異なる照明光の照射により、所望の現像液
に対して、それぞれ異なる溶解速度を示すように変化す
る感光性材料膜を有するウェーハを配置するためのステ
ージと、上記パターンをウェーハ上に投影するための投
影光学手段とにより構成される。

【００１４】さらに、本発明のパターン形成装置は、そ
れぞれ所望のパターンを有する少なくとも２種類のマス
クを保持するための少なくとも２種類の保持手段と、少
なくとも２種類のマスクをそれぞれ異なる照明光で照射
するための少なくとも２種類の光源と、異なる照明光の
照射により、所望の現像液に対して、それぞれ異なる溶
解速度を示すように変化する感光性材料膜を有するウェ
ーハを配置するためのステージと、上記パターンの投影
光学像をウェーハ上に投影するための投影光学手段とに
より構成される。いずれの装置においても、上記少なく
とも２種類の光源は、互いに波長が異なる照明光を照射
するための少なくとも２種類の光源であることが好まし
い。

【００１５】さらにまた、上記第３の目的を達成するた
めに、本発明のマスクは、少なくとも２種類の異なる照
明光に対して、それぞれ異なる透過光の分布又は異なる
反射光の分布を与えるパターンを有するように構成され
る。

【００１６】このパターンは、異なる偏光に対して異な
る透過特性を有する検光材料の有無により定められる少
なくとも２種類のパターンからなるもの、異なる波長の
光に対して異なる透過特性を有する干渉フィルタの有無
により定められる少なくとも２種類のパターンからなる
もの又は異なる波長の光に対して異なる反射特性を有す
る多層膜の有無により定められる少なくとも２種類のパ
ターンからなるものであることが好ましい。

【００１７】本発明に用いられる感放射線材料膜は、照
明光の一種の照射により、所望の現像液に対する溶解速
度が上昇し、他の一種の照射により、この現像液に対す
る溶解速度が、上昇した値より低下する材料であること
が好ましい。このような材料として、例えば、フェノー
ル樹脂、ジアゾナフトキノン化合物及びアジド化合物か
らなる組成物が挙げられる。また。ジアゾナフトキノン
化合物、酸発生剤及び酸触媒反応によりアルカリ水溶液
への溶解性が低下する化合物からなる組成物が挙げられ
る。

【００１８】これらの組成物を構成するフェノール樹脂
としては、アルカリ水溶液に溶解可能なものが好まし
く、例えば、ノボラック樹脂、ハロゲン化ノボラック樹
脂、ポリビニルフェノール、ポリビニルフェノールのハ
ロゲン化物等を用いることができる。ジアゾナフトキノ
ン化合物としては、例えば、１，２−ナフトキノンジア
ジド−５−スルホン酸とフェノールのエステル、１，２
−ナフトキノンジアジド−４−スルホン酸とフェノール
のエステル等を用いることができる。エステルを構成す
るフェノール化合物としては、例えば、２，３，４−ト
リヒドロキシベンゾフェノンや２，２’，４，４’−テ
トラヒドロキシベンゾフェノン等があり、また、エステ
ル化率の異なるスルホン酸エステルを用いることができ
る。

【００１９】アジド化合物としては、例えば、３，３’
−ジメトキシ−４，４’−ジアジドビフェニル、３，
３’−ジメチル−４，４’−ジアジドビフェニル、３，
３’−ジエチル−４，４’−ジアジドビフェニル、２，
７−ジアジドフルオレン等を用いることができる。ま
た、酸発生剤としては、例えば、２−ナフトイルメチル
テトラメチレンスルホニウムヘキサフルオロアンチモネ
ート、２−（３’，４’，５’−トリメトキシスチリ
ル）−４，６−ビス（トリクロロメチル）−１，３，５
−トリアジン、２−（４’−メトキシスチリル）−４，
６−ビス（トリクロロメチル）−１，３，５−トリアジ
ン等を用いることができる。

【００２０】酸触媒反応によりアルカリ水溶液への溶解
性が低下する化合物としては、ジフェニルシランジオー
ル、トリフェニルシラノール、１，３，５，７−テトラ
ヒドロキシ−１，３，５，７−テトラフェニルシクロシ
ロキサン、ヘキサメトキシメチルメラミン等を用いるこ
とができる。これらの化合物は、それぞれ２種類以上を
組み合わせて同時に用いることができる。

【００２１】

【作用】以下、作用の説明を簡明にするため、２種類の
異なる照明光がそれぞれマスクを透過する場合について
説明する。マスクを透過して得られた照明光の光強度分
布は、例えば、一方の照明光は、ポジ型フォトレジスト
を用いると所望のレジストパターンが得られる光学像を
形成し、他方の照明光は、ネガ型フォトレジストを用い
ると所望のレジストパターンが得られる光学像を形成
し、これらの光学像が合成されて所望のパターンの像が
得られる。

【００２２】マスクの構造は、第１の照明光に対して
は、ポジ型の像を得るための微細パターン群とネガ型の
像を形成する領域を囲む広い領域とをいずれも光透過部
とし、第２の照明光に対して、ネガ型の像を得るための
微細パターン部のみを光透過部としておく。第１の照明
光による露光で、フォトレジストのポジ型の像を得るた
めの微細パターン部とネガ型の像を形成する領域を囲む
広い領域は、所望の現像液に対し、溶解速度が増加す
る。未露光部の溶解速度は低い値である。そこに第２の
照明光による露光を行なうと、ネガ型の像を形成する領
域を囲む広い領域の中のネガ型の像に対応する部分だけ
が露光されて、その露光部のみの溶解速度が再び減少す
る。この減少した溶解速度は、第１の照明光で露光した
際の未露光部の溶解速度とほぼ同様になる。このフォト
レジスト膜を現像処理することにより所望のパターンを
得ることができる。なお、異なる照明光による照射は、
上記のように第１の照明光の次に第２の照明光を照射し
てもよいし、逆の順番又は同時に照射してもよい。

【００２３】この方法により、フォトレジスト膜に開口
部を設けるパターンでも、フォトレジストのラインパタ
ーンやドットパターンを残すパターンでも、マスク透過
光に所定の位相差を与えて解像力を向上させる手法が利
用できる。

【００２４】ウェーハ上には、フォトレジスト膜とし
て、上記の異なる照明光による露光に対して溶解速度が
異なる値に変化する感放射性材料が塗布されている。す
なわち、第１の照明光を照射することによって溶解速度
が増加し、第２の照明光に対して再び溶解速度が減少す
るフォトレジストを塗布しておく。すなわち、このフォ
トレジストは、ポジ型にもネガ型にも作用する。例え
ば、フォトレジストがフェノール樹脂、ジアゾナフトキ
ノン化合物及びアジド化合物からなる組成物であると
き、ジアゾナフトキノン化合物は、４３６ｎｍの波長の
光に対してポジ型として作用し、フェノール樹脂とアジ
ド化合物の組み合わせは３１３ｎｍの波長の光に対して
ネガ型として作用する。

【００２５】

【実施例】以下、本発明の実施例について述べる。〈実施例１〉まず、図１を用いて本発明のパターン形成
方法を行なう投影露光装置の構成例の概要を説明する。
第１の光源１から発する第１の短波長光は、第１のコン
デンサレンズ２で平行光束に変換され、第１の偏光子３
及びハーフミラー７を介してマスク基板８を照明する。
同様に第２の光源４から発する第２の短波長光は、第２
のコンデンサレンズ５で平行光束に変換され、第２の偏
光子６及びハーフミラー７を介してマスク基板８を照明
する。以下ではマスク基板８をレティクル８と称する。

【００２６】露光光である第１、第２の短波長光は互い
に波長が異なっている。本実施例では第１の光の波長を
４３６ｎｍ、第２の光の波長を３１３ｎｍとした。両露
光光はそれぞれ第１及び第２の偏光子３、６によって直
線偏光になっており（以下、それぞれ偏光した光を第１
の偏光、第２の偏光という）、レティクル８上では互い
に直交する偏光になっている。レティクル８上に描かれ
たパターンは、投影レンズ１０を介してウェーハ１１上
に投影される。なお、レティクル８はレティクル位置制
御手段２２で制御されたステージ９上に載置され、その
中心と投影レンズ１０の光軸とが正確に位置合わせされ
ている。

【００２７】ウェーハ１１は、投影レンズ１０の光軸方
向すなわちＺ方向に移動可能なＺステージ１６上に載置
され、さらにＸＹ方向に移動可能なＸＹステージ１７上
に搭載されている。Ｚステージ１６及びＸＹステージ１
７は、システム制御系２１からの制御命令に応じてそれ
ぞれの駆動手段１９、２０によって駆動されるので、投
影露光装置のベース１８に対して所望の露光位置に移動
可能である。その位置はＺステージ１６に固定されたミ
ラー１４の位置として、レーザ測長器１５で正確にモニ
タされている。また、ウェーハ１１の表面位置は、光源
１２から発する長波長の光を斜入射するように照明し、
その反射光をディテクタ１３で検出することによって計
測される。計測結果に応じてＺステージ１６を駆動させ
ることにより、ウェーハ１１の表面は常に投影レンズ１
０の結像面と一致させることができる。投影レンズ１０
は２種類の照明光（波長４３６ｎｍ、３１３ｎｍ）に対
して色収差補正されている。色収差補正の他の方法とし
て、反射型の投影レンズの採用、あるいは光路補正のた
めに前記２種類の照明光に対応するマスクパターンをレ
ティクル８の互いに異なる面に設ける方法等がある。

【００２８】次に、レティクル８について、モデル化し
たパターンを有する場合について説明する。レティクル
８は、前記の照明光である異なる偏光のいずれに対して
も透明なマスク基板上に、図２及び図３に示ような、所
定の偏光のみを透過する検光材料の有無で定義したパタ
ーンが重ねて設けられている。図２において、斜線部は
ｘ軸方向に振動する偏光を透過し、ｙ軸方向に振動する
偏光を遮断する検光材料２３である。前記第１の偏光は
ｙ軸方向に振動する偏光なので、検光材料２３は第１の
照明光に対して遮光部として作用する。しかし、前記第
２の偏光はｘ軸方向に振動する偏光なので検光材料２３
の有無に関わらず透過する。一方図３における斜線部
は、ｙ軸方向に振動する偏光を透過し、ｘ軸方向に振動
する偏光を遮断する検光材料２４である。従って、前記
第２の偏光は検光材料２４の存在しない領域のみを透過
するが、前記第１の偏光は全面を透過する。

【００２９】なお、レティクル８は、上記のように透過
型のものを用いてもよいし、反射型のものを用いてもよ
い。反射型レティクルを用いるときは、レティクルを照
明する光がレティクルの基板面の法線からずれた入射角
で照明するように構成するのが一般的である。また、反
射型レティクルのパターン形状は、反射率の差で定義さ
れる。異なる照明光に対する反射率の差は、パターンを
多層膜の有無で定義し、波長に応じた多層膜構造を選択
することにより実現できる。

【００３０】ウェーハ１１上には感放射線材料として以
下に述べるフォトレジストを塗布した。すなわち、ノボ
ラック樹脂１ｇ、３，３’−ジメトキシ−４，４’ジア
ジドビフェニル０．３ｇ、１，２−ナフトキノンジアジ
ド−５−スルホン酸と２，３，４−トリヒドロキシベン
ゾフェノンとのエステル０．１ｇを酢酸エトキシエチル
５ｇに溶解し、これを厚さ０．２μｍのテフトロンメン
ブレムフィルタを用いて濾過し、フォトレジスト溶液と
した。シリコンからなるウェーハ上に上記組成のフォト
レジスト液を滴下、回転塗布後８０℃で１０分間ベーク
し、１μｍのフォトレジスト膜を形成した。

【００３１】露光による上記フォトレジストの様相は図
４に示すように変化する。図４（ａ）はウェーハ１１上
に形成された未露光状態のフォトレジスト膜２５を表わ
している。ここで、第１の照明光でマスクパターンを照
明すると、図４（ｂ）に示す領域２６、２７、２８が露
光されて、その露光部のフォトレジストのナフトキノン
ジアジド化合物がインデンカルボン酸に変化し、アルカ
リ水溶液に対する溶解速度が増加する。引き続き第２の
照明光でマスクパターンを照明すると領域２８のうち、
図４（ｃ）に示す領域２９、３０が露光されて、その露
光部のフォトレジスト膜は架橋反応を起こし、アルカリ
水溶液に対する溶解速度が低下する。

【００３２】このとき、それぞれの露光状態での溶解速
度は図５に示すように変化する。すなわち、ノボラック
樹脂そのものの溶解速度は３１に示すレベルであるが、
前記の１，２−ナフトキノンジアジド−５−スルホン酸
と２，３，４−トリヒドロキシベンゾフェノンとのエス
テル及び３，３’−ジメトキシ−４，４’ジアジドビフ
ェニルを溶解して準備されたフォトレジスト溶液をウェ
ーハに塗布し、ベークして形成されたフォトレジスト膜
の溶解速度は３２に示すレベルに低下する。図４（ｂ）
に示す露光領域２６、２７、２８の溶解速度は３３に示
すレベルに増加しており、図４（ｃ）に示す露光領域２
９、３０の溶解速度は３４に示すレベルにまで低下して
いる。

【００３３】ここで、上記フォトレジストを水酸化テト
ラメチルアンモニウム２．３８％水溶液で現像した。こ
の現像は、図５に示す溶解速度３５がしきい値となるよ
うな現像処理であって、レベル３２、３４で表わされる
溶解速度を有する領域のフォトレジストは残存し、レベ
ル３３で表わされる溶解速度を有する領域のフォトレジ
ストのみが除去される。すなわち、図４（ｃ）に示す領
域２６、２７、２８のみが現像除去されることになる。

【００３４】実際に現像処理を行なった結果、図６に示
すハッチングした領域３６、３９のフォトレジストは残
り、他の領域３７、３８のフォトレジスト膜は現像除去
されて所望のパターンが得られた。ここで、領域３７
は、図２に示すレティクルパターンに対してポジ型の像
に対応し、領域３９は、図３に示すレティクルパターン
に対してネガ型の像に対応する。なお、図２、図３に示
すレティクルパターンのパターン寸法が露光光学系の解
像限界付近又はそれ以下の場合には、隣接する光透過部
を透過する光の位相の差がほぼ１８０度となるような透
明な位相部材のパターンをレティクル上に適宜設けるこ
とにより、微細パターンを精度よく形成することができ
た。また、位相差を与える方法として、所定部の屈折率
を変える方法や、レティクル基板の所定部を堀込む方法
等を採用してもよい。なお、２種類の光による露光に際
し、上記の説明のように第１の光、第２の光の順に露光
しても、その逆の順に露光しても、また同時に露光して
も同様のパターンが得られた。

【００３５】フォトレジストとしては、ジアゾナフトキ
ノン化合物と酸発生剤と酸触媒反応によりアルカリ水溶
液に対する溶解性を低下する化合物を組み込んだレジス
トを用いることもできる。ジアゾナフトキノン化合物と
して１，２−ナフトキノンジアジド−５−スルホン酸と
２，３，４−トリヒドロキシベンゾフェノンとのエステ
ルを用い、酸発生剤と酸触媒反応によりアルカリ水溶液
に対する溶解性を低下する化合物の組み合わせとして、
２−ナフトイルメチルテトラメチレンスルホニウムヘキ
サフルオロアンチモネートとジフェニルシランジオール
との組合せ、２−（３’，４’，５’−トリメトキシス
チリル）−４，６−ビス（トリクロロメチル）−１，
３，５−トリアジン又は２−（４’−メトキシスチリ
ル）−４，６−ビス（トリクロロメチル）−１，３，５
−トリアジンとヘキサメトキシメチルメラミンとの組合
せを用いた。その結果、いずれのフォトレジストを用い
ても、前述と同様に図６に示すレジストパターンを得る
ことができた。

【００３６】〈実施例２〉図９は本発明のパターン形成
方法を行なう他の投影露光装置の構成を示す図である。
図１と共通する部分は極力省略して示してある。光源１
０１は水銀ランプである。光源１０１から発する光のう
ち波長４３６ｎｍと３１３ｎｍの２種類の光（輝線スペ
クトル）のみをレティクル１０３に照射するために、前
記２種類の波長を含む帯域の光を透過する干渉フィルタ
１０２が配置されている。フィルタ１０２の位置は、光
源１０１とレティクル１０３との間であればいずれの位
置でもよい。

【００３７】レティクル１０３は、２種類の干渉フィル
タ材料で定義された２種類のパターンが設けられてい
る。このうち第１の干渉フィルタは波長４３６ｎｍの光
を実質的に遮光し、波長３１３ｎｍの光を透過させる材
料であって、本材料を図２に示した検光材料２３の形状
と同じパターンに設けた。第２の干渉フィルタは波長３
１３ｎｍの光を実質的に遮光し、波長４３６ｎｍの光を
透過させる材料であって、この材料を図３に示した検光
材料２４の形状と同じパターンに設けた。なお、前記パ
ターンの寸法が微細な場合には、隣接する開口部の一方
に透過光の位相をほぼ１８０度変化させる位相部材を設
けた。位相差を与える方法として、所定部の屈折率を変
える方法や、レティクル基板の所定部を堀込む方法等を
採用してもよい。ウェーハ１１上に実施例１で述べたフ
ォトレジストと同様のフォトレジストを塗布し、露光を
行なった。その結果、図６に示すレジストパターンを形
成することができた。

【００３８】なお、本実施例においても、レティクル１
０３として反射型レティクルを用いることができる。こ
の場合、レティクルに入射する照明光の入射角が実施例
１と同様になるように構成する。

【００３９】〈実施例３〉図１０は本発明のパターン形
成方法を行なう他の投影露光装置の構成を示す図であ
る。図１と共通する部分は極力省略して示してある。本
実施例では、２種類のレティクル１１１、１１２を用
い、その投影像をウェーハ上で合成している。レティク
ル１１１は、通常のクロムマスクであり、図２に示した
パターンと同じ形状の開口部を有している。同様に、レ
ティクル１１２も通常のクロムマスクであり、図３に示
したパターンと同じ形状の開口部を有している。それぞ
れのレティクルは波長４３６ｎｍの光を発する第１の光
源１と波長３１３ｎｍの光を発する第２の光源４とで照
明される。ハーフミラー７を透過した後、投影レンズ１
０を介してウェーハ１１上に像を形成する過程、フォト
レジストの感光及び現像の過程は、上記実施例と同様で
ある。本実施例の場合も図６に示すレジストパターンを
形成することができた。

【００４０】なお、本実施例においても、レティクル１
１１、１１２として反射型レティクルを用いることがで
きる。この場合、レティクルに入射する照明光の入射角
が実施例１と同様になるように構成する。

【００４１】

【発明の効果】本発明によれば、マスクとフォトレジス
トとを交換することなく、マスクパターンのポジ型の像
とネガ型の像とを組み合わせた微細なパターン形成が可
能であった。さらに、マスク透過光に位相差を与えるこ
とにより、複雑な微細パターンを精度よく形成すること
ができた。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１の実施例の投影露光装置の構成図
である。

【図２】第１の光源から発する光に対するマスクパター
ン形状を示す図である。

【図３】第２の光源から発する光に対するマスクパター
ン形状を示す図である。

【図４】フォトレジストが露光により変化する領域を示
す図である。

【図５】フォトレジストの溶解速度の変化を示す図であ
る。

【図６】現像処理後に形成されたレジストパターンの例
を示す図である。

【図７】マスク上の隣接する開口部の一方に露光光の位
相を所定量変化させる位相部材を設けたパターンの例を
示す図である。

【図８】マスクの開口部に露光光の位相を所定量変化さ
せる位相部材を設けた従来のマスクの例を示す図であ
る。

【図９】本発明の第２の実施例の投影露光装置の主要部
を示す構成図である。

【図１０】本発明の第３の実施例の投影露光装置の主要
部を示す構成図である。

【符号の説明】

１…第１の光源２…第１のコンデンサレンズ３…第１の偏光子４…第２の光源５…第２のコンデンサレンズ６…第２の偏光子７…ハーフミラー８、１０３、１１１、１１２…レティクル９…ステージ１０…投影レンズ１１…ウェーハ１２、１０１…光源１３…ディテクタ１４…ミラー１５…レーザ測長器１６…Ｚステージ１７…ＸＹステージ１８…ベース１９、２０…駆動手段２１…システム制御部２２…レティクル位置制御手段２３、２４…検光材料２５…フォトレジスト膜２６、２７、２８、２９、３０、３６、３７、３８、３
９…領域３１、３２、３３、３４…レベル３５…溶解速度４０…遮光部４１、４２、４３…光透過部４４…透明基板４５…遮光膜４６、５０…位相部材４８…光透過領域４９…遮光パターン１０２…フィルタ

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】所望のパターンを有するマスクを照射し、
該パターンを投影光学系を介してウェーハ上に転写する
パターン形成方法において、上記照射は、少なくとも２
種類の異なる照明光で同時又は順次に行ない、上記パタ
ーンは、上記マスクを透過又は反射した該異なる照明光
に、それぞれ互いに異なる光の分布を与え、上記ウェー
ハ上に設けられた感放射線材料膜は、該異なる照明光の
照射により、所望の現像液に対して、それぞれ異なる溶
解速度を示すように変化してパターンが形成されること
を特徴とするパターン形成方法。
【請求項２】請求項１記載のパターン形成方法におい
て、上記異なる照明光は、互いに波長が異なる照明光で
あることを特徴とするパターン形成方法。
【請求項３】請求項２記載のパターン形成方法におい
て、上記異なる照明光は、互いに方向の異なる直線偏光
であることを特徴とするパターン形成方法。
【請求項４】所望のパターンを有するマスクを照射し、
該パターンを投影光学系を介してウェーハ上に転写する
パターン形成方法において、上記マスクは少なくとも２
種類設けられ、上記照射は、該少なくとも２種類のマス
クに対してそれぞれ異なる照明光で同時又は順次に行な
い、上記マスクを透過又は反射した該異なる照明光は、
それぞれ互いに異なる光の分布を有し、上記ウェーハ上
に設けられた感放射線材料膜は、該異なる照明光の照射
により、所望の現像液に対して、それぞれ異なる溶解速
度を示すように変化してパターンが形成されることを特
徴とするパターン形成方法。
【請求項５】請求項４記載のパターン形成方法におい
て、上記異なる照明光は、互いに波長が異なる照明光で
あることを特徴とするパターン形成方法。
【請求項６】請求項１から５のいずれか一に記載のパタ
ーン形成方法において、上記マスクのパターンの一部分
は、遮光部を挾む開口パターンであって、その一方は照
明光に対して所定の位相差を与える開口パターンである
ことを特徴とするパターン形成方法。
【請求項７】請求項１から６のいずれか一に記載のパタ
ーン形成方法において、上記感放射線材料膜は、上記異
なる照明光の一種の照射により、所望の現像液に対する
溶解速度が上昇し、上記異なる照明光の他の一種の照射
により、該現像液に対する溶解速度が、該上昇した値よ
り低下する材料からなることを特徴とするパターン形成
方法。
【請求項８】請求項７記載のパターン形成方法におい
て、上記感放射線材料膜は、フェノール樹脂、ジアゾナ
フトキノン化合物及びアジド化合物からなることを特徴
とするパターン形成方法。
【請求項９】請求項７記載のパターン形成方法におい
て、上記感放射線材料膜は、ジアゾナフトキノン化合
物、酸発生剤及び酸触媒反応によりアルカリ水溶液への
溶解性が低下する化合物からなることを特徴とするパタ
ーン形成方法。
【請求項１０】所望のパターンを有するマスクを少なく
とも２種類の異なる照明光で照射するための光源と、該
異なる照明光を透過又は反射したときにそれぞれ異なる
光の分布を与えるマスクを保持するための保持手段と、
該異なる照明光の照射により、所望の現像液に対して、
それぞれ異なる溶解速度を示すように変化する感光性材
料膜を有するウェーハを配置するためのステージと、上
記パターンを該ウェーハ上に投影するための投影光学手
段とを有することを特徴とするパターン形成装置。
【請求項１１】請求項１０記載のパターン形成装置にお
いて、上記光源は、互いに波長が異なる少なくとも２種
類の照明光を照射するための光源であることを特徴とす
るパターン形成装置。
【請求項１２】請求項１０又は１１記載のパターン形成
装置において、上記異なる照明光をそれぞれ方向の異な
る直線偏光とするための少なくとも２種類の偏光手段を
有することを特徴とするパターン形成装置。
【請求項１３】それぞれ所望のパターンを有する少なく
とも２種類のマスクを保持するための少なくとも２種類
の保持手段と、該少なくとも２種類のマスクをそれぞれ
異なる照明光で照射するための少なくとも２種類の光源
と、該異なる照明光の照射により、所望の現像液に対し
て、それぞれ異なる溶解速度を示すように変化する感光
性材料膜を有するウェーハを配置するためのステージ
と、上記パターンの投影光学像を上記ウェーハ上に投影
するための投影光学手段とを有することを特徴とするパ
ターン形成装置。
【請求項１４】請求項１３記載のパターン形成装置にお
いて、上記少なくとも２種類の光源は、互いに波長が異
なる照明光を照射するための少なくとも２種類の光源で
あることを特徴とするパターン形成装置。
【請求項１５】少なくとも２種類の異なる照明光に対し
て、それぞれ異なる透過光の分布又は異なる反射光の分
布を与えるパターンを有することを特徴とするマスク。
【請求項１６】請求項１５記載のマスクにおいて、上記
パターンは、異なる偏光に対して異なる透過特性を有す
る検光材料の有無により定められる少なくとも２種類の
パターンからなることを特徴とするマスク。
【請求項１７】請求項１５記載のマスクにおいて、上記
パターンは、異なる波長の光に対して異なる透過特性を
有する干渉フィルタの有無により定められる少なくとも
２種類のパターンからなることを特徴とするマスク。
【請求項１８】請求項１５から１７のいずれか一に記載
のマスクにおいて、上記パターンの一部分は、遮光部を
挾む開口パターンであって、その一方は照明光に対して
所定の位相差を与える開口パターンであることを特徴と
するマスク。
【請求項１９】請求項１５記載のマスクにおいて、上記
パターンは、異なる波長の光に対して異なる反射特性を
有する多層膜の有無により定められる少なくとも２種類
のパターンからなることを特徴とするマスク。