JPH07226362A - フォトレジストパターン形成方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 この発明は、自由度の高いマスクを用いて、
マスクの変更が容易で且つ微細なパターンを形成する方
法を提供することを目的とする。 【構成】 この発明は、位相シフトマスク等で露光領域
全面にラインもしくは格子状のパターンのみを転写する
マスクＭ１を作製し、そのラインもしくは格子を基準と
して、必要な部分のみを重ねて露光し、解像させる為の
マスクＭ２を作製し、これらマスクを用いて重ね合わせ
てフォトレジスト上に所定のパターンを形成する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明は、半導体装置の回路パ
ターンの形成、特にリソグラフィー工程におけるフォト
レジストパターンの形成方法に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】半導体装置の回路パターンの形成に際し
て、現在の微細化したＬＳＩの場合、実際のパターンの
５倍から１０倍に拡大された遮光部分と透過部分からな
るレチリル（マスク）を水銀ランプのｇ−線、ｉ−線を
用いる縮小投影露光装置により、半導体基板の表面に塗
布されたフォトレジスト上に結像し、これを感光する方
法がとられている。

【０００３】上記縮小投影露光装置においては、形成し
たいパターンが露光波長に近づくと解像度や焦点深度の
不足という問題が生じる。

【０００４】この問題点を解決し、投影光学系の解像限
界以上に微細なパターンを形成するために、位相シフト
法や変形照明法などの新しい露光方法が提案されてい
る。これらの手法は、周期性のあるパターンに対して有
効な手法である。しかしながら、周期性のないパターン
や孤立したパターンに対応するためには、マスク上に補
助パターンを設けるなどの対策が必要となるため、マス
ク作製時の大きな問題となっている。

【０００５】また、特開平４−２７３４２７号公報（Ｈ
０１Ｌ ２１／０２７）に提案されているような露光パ
ターンを複数重ねて露光する方法は、変形照明法や位相
シフト法と組み合わせて用いることにより、解像度や焦
点深度を向上するのに有効であると考えられる。

【０００６】しかし、この方法においても、光軸をずら
して複数のパターンを露光した場合は、フォーカス位置
の変動によって露光パターンがシフトすることが予想さ
れる。さらに、基板もしくはマスクを移動させてパター
ンを重ねる場合は、それらの移動精度が問題となる。

【０００７】また、微細なパターンが必要な部分のみを
重ね合わせて露光するような構成にした場合、常に周期
性のあるパターンを含むマスクと、重ね合わせて露光す
べきパターンを含むマスクを１組にして作成する必要が
ある。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、基板上
に形成されるパターンの精度が周期的なパターンにより
決まるため、周期的なパターンを精度よく形成する必要
があり、マスク作製にコストと時間がかかるという問題
がある。

【０００９】また、変形照明法を用いた場合、最適化し
たマスクや位相シフトマスクを作製する場合と同様に、
少量多品種生産には不向きであると考えられる。

【００１０】この発明は、上述した各方法に見られるマ
スクパターンの制限やフォトマスク作成の問題点を解消
し、従来の方法に近い自由度の高いフォトマスクを用い
て、微細なパターンを形成する方法を提供することを目
的とする。

【００１１】

【課題を解決するための手段】この発明は、光の干渉縞
を利用して周期的なパターンのみを基板上に露光する装
置、又は位相シフトマスク等で露光領域全面にラインも
しくは格子状のパターンのみを転写するマスクを作製
し、そのラインもしくは格子を基準として、必要な部分
のみを重ねて露光し、解像させる為のマスクを作製し、
これらマスクを用いて重ね合わせてフォトレジスト上に
所定のパターンを形成する。

【００１２】

【作用】この発明によれば、製造するパターンが変わっ
た場合でも、マスクの変更は特別な周期構造や微細構造
を含まない部分のみで済むためマスクの作製が容易にな
り、かつ、形成されるパターンの寸法は同時に露光され
る周期的パターンとの合成で決まるため、微細なパター
ンが形成できる。

【００１３】

【実施例】以下、この発明の実施例につき図面を参照し
て説明する。まず、この発明の方法をホールパターンを
形成する場合に適用した場合の実施例を図１及び図２に
従い説明する。

【００１４】この発明は、図１（ａ）に示すような周期
的なパターンをもつマスクＭ１を用意し、このマスクを
用いて周期的なパターンをフォトレジスト上に形成す
る。形成された周期的なパターンに、（ｂ）に示すよう
な必要なパターン形状により作成されたマスクＭ２を合
成してフォトレジスト上に露光し、（ｃ）に示すように
フォトレジストＰ上に所定のパターンを形成するもので
ある。

【００１５】この第１の実施例では、露光領域に等間隔
の微細なホールパターンを露光するために位相シフトマ
スクＭ１を用いている。位相シフトマスクＭ１は、マス
クを透過する光の位相を変調するためスピンオングラス
等を用いた位相シフトが形成されているが、シフタ膜厚
の制御やシフタ欠陥の検出が困難である。そのため、位
相シフトマスクのみで必要なパターンを形成する場合時
間と費用がかかるので、ＡＳＩＣ等の少量多品種生産を
行うものに対しては適用が難しい。

【００１６】このため、前述したように、この発明で
は、図１に示すように、位相シフトマスクＭ１と、必要
なパターンを解像させるためのマスクＭ２を用いる。位
相シフト用のマスクＭ１は、露光領域全面に同じ周期性
をもった格子状またはライン状の周期性パターンが形成
されている。この実施例では、市松模様の格子のパター
ンが形成されたマスクＭ１を用いている。このマスクＭ
１を用いて、位相シフト法により、基板上のフォトレジ
ストに微細でコントラストの高い周期的なパターンを形
成する。マスクＭ１は、同じ周期性を持って形成されて
いるので、周期性のないパターンでは、解像度、焦点深
度の改善効果が少ないという問題点を避けることができ
る。

【００１７】そして、マスクＭ２は、マスクＭ１の周期
的パターンの２倍程度の大きさの最小パターンサイズの
クロムマスクであり、マスクＭ２の開口部はマスクＭ１
の開口部を被うように形成されている。

【００１８】近接した複数個のホールを形成する場合
は、マスクＭ１上で複数個のホールに当たる領域をマス
クＭ２で開口するようにして、重ねて露光し、図１
（ｃ）に示すようにホールを形成する。

【００１９】そして、パターン変更の場合は図２（ａ）
に示すように、マスクＭ２のパターンのみ変更する。マ
スクＭ１上で複数個のホールに当たる領域をマスクＭ２
で開口するようにして、重ねて露光し、図２（ｂ）に示
すように、フォトレジストＰ上にホールを形成する。

【００２０】これら２枚のマスクパターンを重ねて露光
した場合の光強度のプロファイルは、図１の（２）に示
すようになる。位相シフト用のマスクＭ１を用いた場合
の光強度プロファイルは非常に急峻になるため、マスク
Ｍ２との合成によるプロファイルは、マスクＭ２のみの
場合に比べて微細で露光時間の変動に対して寸法の変動
が少ないホールが形成できる。また、フォーカスがずれ
た場合でも位相シフトマスクによる露光成分は高いコン
トラストを保っているので、デフォーカス特性も改善さ
れる。

【００２１】さらに、基板上に転写するパターンの変更
はマスクＭ２のみで行っているので、パターンの変更の
度に位相シフトマスクを作成する必要がなくなり、位相
シフトマスクを用いることによるマスク作成の不自由さ
が解消される。

【００２２】次に、周期的なパターンをもつマスクＭ１
を用意し、このマスクを用いて周期的なパターンをフォ
トレジスト上に、変形照明法により形成する第２の実施
例を図３及び図４に従い説明する。

【００２３】図３は変形照明法を用いた場合のマスクと
光源の形状を示したものである。図３に示す投影露光装
置は、照明光学系１の光軸が通る中央部以外に透過部を
有する変形照明用遮光部１０を有し、照明光学系１の光
軸上を通らない２つの光束がレンズ１１を介してマスク
３に対して特定の方向と角度で照明する。このマスク３
は、図３に示すように、光透過部と遮光部とが所定のピ
ッチで繰り返し形成された周期的パターンを有する。マ
スク３で発生した０次回折光と１次回折光が投影レンズ
４を介して基板５上に結像される。

【００２４】ところで、変形照明法を用いる場合、特定
のパターンに対する焦点深度や解像度をあげようとする
と、他のパターンでこれらが下がってしまうため、マス
ク上に様々なパターンがある場合、ある程度変形照明の
効果を犠牲にして、パターン依存性を減らした光源形状
を用いる必要がある。しかし、マスク上のパターンを特
定の周期パターンのみにすれば、もっとも効果的な形状
の光源を用いることができるため、変形照明の効果を有
効に使うことができる。

【００２５】この実施例では、基板上で高いコントラス
トを持ち、焦点の変動に対するコントラストの低下がも
っとも少なくなるように、マスク３のパターンが決めら
れている。すなわち、図３及び図４（ａ）に示すよう
に、マスク３として、マスクＭ１の格子状パターンのマ
スクを用い、高いコントラストによる０次回折光と、１
次回折光が光軸に対して同じ角度を持つ、すなわちθ１
＝θ２となるように構成されている。

【００２６】上記した方法により微細でコントラストの
高いパターンを基板上に形成し、前述した第１の実施例
と同様に、図４（ｂ）に示すように、マスクＭ１の周期
パターンの２倍程度の大きさの最小パターンサイズのマ
スクＭ２を用いて重ねて露光し、図４（ｃ）に示すよう
なパターンを基板５のフォトレジストＰ上に形成する。

【００２７】上記したように、変形照明法を用いて、微
細でコントラストの高いパターンを形成した後、様々な
パターンのマスクＭ２を組み合わせることで、微細なパ
ターンが形成可能になり、変形照明法の問題であるマス
クパターンに補助パターンなどの特殊なパターンをいれ
ることや、パターンに合わせて光源の形状を変更する手
間が省け、露光パターンの変更が容易に行える。

【００２８】図５は、レーザなどの干渉性のよい光源か
らの光を用いてレジスト上に干渉縞を生じさせ、その干
渉縞を用いて、露光領域前面に同じ周期をもった周期的
パターンを形成する装置を示している。この装置は、レ
ーザからなる光源６からの光をビームエキスパンダー７
を介してハーフミラー８に与える。ハーフミラー８にて
２つの全反射ミラー９、９に光が与えられ、全反射ミラ
ー９、９から基板５に光をそれぞれ照射し、基板５上に
干渉縞を形成するものである。

【００２９】ところで、縮小投影露光装置を用いて、マ
スク上のパターンから回折光を基板上で干渉させた場
合、形成できる最小の干渉縞のピッチは、露光装置の投
影レンズの開口数（Ｎｕｍｅｒｉｃａｌ Ａｐｅｒｔｕ
ｒｅ，ＮＡ）で決まる。しかし、図５に示す方法で、干
渉縞を生じさせる場合、投影面に入射する複数の光束の
つくる角度でより微細なピッチを持つ干渉縞を生じさせ
ることができる。この干渉縞のピッチを、上記各実施例
で用いたマスクＭ２の解像限界以下にすれば、第１実施
例のように、同一の光学系で複数のマスクを用いた場合
よりさらに微細なパターン形成が可能である。

【００３０】図６は縮小投影露光装置に干渉縞を発生さ
せる装置を組み込んだ例を示す模式図、図７は図６に用
いられる干渉縞を発生させる装置を示す模式図である。
図６において、２１は投影露光光学系、２２はマスク
（レチクル）、２３は投影レンズ、５は基板、１０は干
渉縞を発生させる装置をそれぞれ示す。干渉縞を発生さ
せる装置は、図７に示すように、光源６とビームエキス
パンダー７と、３つのハーフミラー８及び４つの残反射
ミラー９で構成されている。

【００３１】図６に示すように、縮小投影露光装置に干
渉縞をつくるための装置１０を取り付ければ、周期パタ
ーンとその中から必要なパターンを取り出すためのマス
クパターンの２つのパターンを同時に露光することが可
能となり、露光時間を従来の１枚のマスクの場合と同
様、あるいはさらに短くすることができる。

【００３２】また、干渉縞のパターンは光学系の配置に
より様々な形のものをつくることができるので、露光し
たいパターンに応じて最適のものを選ぶことができる。

【００３３】

【発明の効果】この発明によれば、フォトレジスト上に
異なる複数のパターンを露光し、それらのパターンの合
成によってレジストパターンを形成するフォトレジスト
パターン形成方法において、露光するパターンのうちの
１つを位相シフトマスクを用いて露光された露光領域全
面に同じ周期を持った周期パターンとすることによっ
て、位相シフトマスクの効果をもっとも効率よく利用し
てコントラストの高いパターンを露光することが可能と
なるとともに、露光パターンの変更が容易に行える。

【００３４】又、この発明によれば、変形照明法を用い
た場合でも、周期性のあるパターンに大使って解像度、
焦点深度の改善効果が大きいため、コントラストの高い
パターンを露光することが可能となるとともに、露光パ
ターンの変更が容易に行える。

【００３５】さらに、光の干渉縞を用いて周期的なパタ
ーンを形成することにより、露光する光学系の開口数に
制限されずにより微細なパターンを形成することができ
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明の原理を示す説明図である。

【図２】パターン変形を行った場合の説明図である。

【図３】変形照明法を用いて周期的パターンを露光する
ための光学系を示す模式図である。

【図４】変形照明法を用いてこの発明のパターンを形成
を説明する説明図である。

【図５】干渉縞を利用して周期的パターンを作成するた
めの装置を示す模式図である。

【図６】干渉縞を発生する装置を組み込んだ縮小投影露
光装置の一例を示す模式図である。

【図７】図６の装置における干渉縞を発生させる光学系
を示す模式図である。

【符号の説明】

Ｍ１ 周期性のあるパターンが形成されたマスク Ｍ２ 所望のパターンが形成されたマスク Ｐ フォトレジスト

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 フォトレジスト上に異なる複数のパター
   ンを露光し、それらのパターンの合成によってレジスト
   パターンを形成するフォトレジストパターン形成方法で
   あって、露光するパターンのうちの一つを露光領域全面
   に同じ周期を持った周期的に配列されたパターンとして
   露光し、このパターンを基準として必要な部分のみを重
   ね合わせて、解像させるために、所望のパターン形状に
   応じて作成されたマスクを用意し、このマスクを用いて
   パターンを重ね合わせて露光することを特徴とするフォ
   トレジストパターン形成方法。
2. 【請求項２】 周期的に配列されたパターンを、位相シ
   フトマスクを用いて露光領域全面に形成することを特徴
   とする請求項１に記載のフォトレジストパターン形成方
   法。
3. 【請求項３】 変形照明法を用いることにより、解像
   度、焦点深度が向上するパターンにて、周期的に配列さ
   れたパターンを露光領域全面に形成することを特徴とす
   る請求項１に記載のフォトレジストパターン形成方法。
4. 【請求項４】 基板上に複数の光線を照射し、それらの
   干渉により生じる干渉縞からなる周期的パターンによ
   り、露光領域全面に周期的に配列されたパターンを形成
   することを特徴とする請求項１に記載のフォトレジスト
   パターン形成方法。