JPH0770468B2 - レジストパターンの形成方法 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、半導体装置の製造方法
におけるレジストパターンの形成方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】近年、半導体装置の高速化、高集積化に
伴い半導体装置の微細化が進行し、従来の光学系を用い
たパターニング装置、例えばウェーハステッパ等の結像
光学系の解像度の限界を超える微細パターンを形成する
ことが要求されている。図５を用いて従来の縮小投影露
光装置の動作の概要について説明する。

【０００３】水銀ランプ等の光源の光をレチクル１に照
射する。レチクル１のレチクルパターンは、ガラス基板
２上に形成されたクロムの遮光膜３を開口した形状とし
て与えられる。レチクルパターンは縮小投影レンズ４で
縮小されてウェーハ５上に結像され、ウェーハ５上のポ
ジレジストを露光する。このポジレジスト上の露光光の
強度について図６を用いて説明する。図６（ａ）はレチ
クル１の部分断面図である。図６（ｂ）は従来のレチク
ル１を用いて露光したときのウェーハ５上のレジストで
の光の振幅分布を示す図である。図６（ｃ）はレジスト
上での光の強度分布を示す図である。

【０００４】このように透過光の強度分布が矩形状の遮
光膜３を用いて露光すると、レジスト上の光強度分布は
図６（ｃ）に示すように、勾配がなだらかなマイナスの
ピークを有する分布となってしまう。このような光強度
分布では、線幅の狭い微細パターンの形成は不可能であ
る。微細パターンを形成するためには、図６（ｃ）に示
す光強度波形のマイナスのピークの勾配をより急俊にす
る必要がある。

【０００５】図６（ｃ）に示す光強度波形のマイナスの
ピークの勾配の急俊さは、結像光学系の解像度に依存す
る。結像光学系の解像度は、露光波長、開口数、さらに
はレンズ自体の性能のばらつき等により決定される。従
って、従来の縮小投影露光装置を用いては、結像光学系
の解像度の限界を超える微細ホールは形成できず、半導
体装置の微細化に対応できないという問題が生じてい
た。

【０００６】そこで、位相シフト法を用いたレジストパ
ターンの形成が行われるようになった。位相シフト法
は、レチクルを通過する光の位相を位相シフタ膜により
変化させて、レジスト上の露光像の分解能およびコント
ラストを向上させる技術である。図７に位相シフト法に
よる縮小投影露光装置の結像光学系及びレチクルを示
す。

【０００７】位相シフト法によるレジストパターンの形
成方法に用いる縮小投影露光装置及び露光方法は図５の
従来例と同じものであるが、レチクル１の代わりに位相
シフトレチクル６を用いている。位相シフトレチクル６
は、ガラス基板２上に位相シフタ膜７が形成されたもの
である。この位相シフトレチクル６を用いた場合のポジ
レジスト上の露光光の強度について図８を用いて説明す
る。

【０００８】図８（ａ）は位相シフトレチクル６の断面
図である。位相シフトレチクル６は、露光したいパター
ンをガラス基板２上の位相シフタ膜７のエッジ部で形成
したものである。位相シフタ膜７を通過した透過光８′
は、位相シフタ膜７のないガラス基板２だけを通過した
透過光８に対し、位相が１８０度（π）だけずれるよう
にしたものである。

【０００９】図８（ｂ）は位相シフトレチクル６を用い
て露光したときのウェーハ５上のレジストでの光の振幅
分布を示す図である。位相シフタ膜７のエッジの部分で
光の振幅は０になり、その両側で急俊に光の振幅が反転
している。図８（ｃ）はレジスト上での光の強度分布を
示す図である。光の強度は光の振幅の二乗に比例するか
ら、位相シフタ膜７のエッジ部分に対応するレジストの
部分の光強度が急俊に０になる。従って、レジスト上に
良好な分解能及びコントラストを有する微細パターンを
形成することができる。

【００１０】この方法により形成した微細パターンの例
を図９に示す。図９（ａ）は正方形形状の位相シフタ膜
７を有する位相シフトレチクル６の平面図である。この
位相シフトレチクル６の位相シフタ膜７のエッジ部で形
成される微細パターン１０を図９（ｂ）に示す。位相シ
フタ膜７のエッジに沿って正方形形状の辺部に微細パタ
ーンが形成されている。また、単一の位相シフタ膜を用
いた位相シフトレチクル６の応用は、現在では図１０
（ａ）に示すように、小さな位相シフタ膜７を市松模様
状に配置した位相シフトレチクル６により、図１０
（ｂ）に示すような広面積でそのエッジのコントラスト
に優れたレジストパターンを形成する場合にも用いられ
る。

【００１１】ここで問題となるのは、位相シフトレチク
ル６を用いると、図９（ｂ）の破線で示したようなパタ
ーン中の切断部のパターニングができないということで
ある。位相シフタ膜７のエッジ部は必ず閉じられた線と
ならざるを得ず、実際のＩＣパターンを形成することが
できないといった問題がある。そこで、図１１に示すよ
うな２種類の位相シフタ膜を用いた位相シフトレチクル
によるレジストパターンの形成方法が提案されている。
図１１（ａ）は形成しようとするレジストパターンを示
す図である。

【００１２】図１１（ｂ）は提案された位相シフトレチ
クル６を示す図である。この提案された位相シフトレチ
クル６は、パターン形成に用いるエッジ部分には露光光
の位相を１８０°（π）ずらす位相シフタ膜７を形成
し、パターン形成しない部分即ちパターン切断部分に
は、位相シフタ膜７に隣接して露光光の位相を９０°
（π／２）だけずらす位相シフタ膜１２を形成したもの
である。図１１（ｂ）中斜線で示された領域が、露光光
の位相をπだけずらす位相シフタ膜７の領域である。図
１１（ｂ）中点々で示された領域が、露光光の位相をπ
／２だけずらす位相シフタ膜１２の領域である。その他
の領域はガラス基板２のみの領域である。

【００１３】そして、レジストの露光条件或いは現像条
件を適当にセットすることにより、図１１（ｃ）に示す
ように、位相シフタ膜７とガラス基板２とのエッジ部分
のみがパターニングされ、他の部分、即ち位相シフタ膜
７と位相シフタ膜１２のエッジ部分、位相シフタ膜１２
とガラス基板２のエッジ部分（図１１（ｃ）点線部分）
は、パターニングさせないようにするものである。

【００１４】しかし、この方法は提案段階の域を出ず、
現実に上記のような位相シフトレチクルを形成するのは
容易でない。

【００１５】

【発明が解決しようとする課題】上記説明したように、
従来よりクロム遮光膜を用いたレチクルでは、従来の結
像光学系の解像度の限界を超える微細パターンを形成す
ることは不可能であり、また、位相シフトレチクルを用
いる方法は、実際のＩＣパターンの形成が不可能である
といった問題があり、提案された２種類の位相シフタ膜
を利用する方法は、現実にはそのような位相シフトレチ
クルを形成することが困難であるという問題がある。

【００１６】本発明の目的は、従来の結像光学系の解像
度の限界を超える微細パターンを位相シフトレチクルを
用いて極めて容易に形成することができるレジストパタ
ーンの形成方法を提供することにある。

【００１７】

【課題を解決するための手段】上記目的は、第１のガラ
ス基板上に形成された位相シフタ膜のエッジ部で描かれ
た第１のパターンを有する第１のレチクルを半導体基板
上に塗布したポジレジストに露光する第１の露光工程
と、第２のガラス基板上に形成された遮光膜を開口し
て、前記第１のパターンのパターン切断箇所に対応する
位置に開口部を設けた第２のパターンを有する第２のレ
チクルを前記ポジレジストに露光する第２の露光工程
と、前記ポジレジストを現像して、前記第１の露光工程
で露光されたパターンの一部を前記第２の露光工程の露
光により切断した微細パターンを形成する現像工程とを
有することを特徴とするレジストパターンの形成方法に
よって達成される。

【００１８】

【作用】本発明によれば、従来の結像光学系の解像度の
限界を超える微細パターンを位相シフトレチクルを用い
て容易に形成することができる。

【００１９】

【実施例】本発明の第１の実施例によるレジストパター
ンの形成方法を図１を用いて説明する。図１（ａ）は本
実施例に用いる位相シフトレチクル６を示す。従来例の
図１１（ａ）に示したパターンと同じレジストパターン
を形成するように、ガラス基板上に位相シフタ膜７のエ
ッジ部が形成されている。この位相シフトレチクル６に
より図７に示した光学系を用いて、ウェーハ上のポジレ
ジスト上に一回目の縮小投影露光を行う。このとき、露
光すべきでないエッジ部である図中太線で示したエッジ
部Ａも一緒に露光される。

【００２０】次に、ガラス基板上のクロム遮光膜を開口
して形成されたレチクルを用いて二回目の露光を行う。
図１（ｂ）は二回目の露光状態を示している図である。
一回目の露光において未感光の部分、即ち位相シフタ膜
７のエッジ部分に対応するレジスト上の未感光部分２
０、２２、２４のうち、未感光部分２０を感光させるた
め、ガラス基板２上のクロム遮光膜１８の未感光部分２
０に対応した位置に開口部１６を設けたレチクル１４を
形成する。

【００２１】このレチクル１４を位置合わせして、図５
に示したように縮小投影露光を行う。その後、ポジレジ
ストを現像する。二重露光された開口部１６内のポジレ
ジストは除去されてしまうので、図１（ａ）中太線で示
したエッジ部Ａに対応するパターンは形成されず、所定
位置のパターンの切断が行われる（図１（ｃ））。次
に、一回目の露光に用いる位相シフトレチクル６と二回
目の露光に用いる通常のレチクル１４との位置合わせ等
における考慮すべき点について図２を用いて説明する。

【００２２】図２（ａ）は、本実施例によるレジストパ
ターンの形成方法を用いて、パターンを切断する際の最
小幅等を説明するための図である。パターン３０とパタ
ーン３２（共にレジストを現像する前の未感光部分の状
態）を二回目の露光で切断する場合、切断できる最小幅
Ｂは、クロム遮光膜を開口した開口部で露光する通常の
レチクル１４及び図５の従来の結像光学系により決定さ
れる解像度より広くする必要がある。

【００２３】また、例えばパターン３２端からコンタク
トホール形成部３６までの距離Ｃは、上記解像度に加え
てレチクル１４の位置合わせ誤差を含めて決める必要が
ある。さらに、実際に形成される微細パターンのパター
ン幅は、位相シフタ膜７のエッジより約０．１μｍ広が
る。この値は光学系のλ／ＮＡにほぼ比例する。即ち、
図２（ｂ）に示したコンタクト部を形成するエッジ部の
幅Ｆよりも、図２（ｃ）に示したレジスト上に露光した
パターン３２のコンタクト部の幅Ｇのほうが広くなる。
また、２枚のレチクルの位置合せ誤差は０．１５μｍほ
どである。この値はマスクの精度、アラインメント機構
の精度に依存する。従って、位相シフトレチクル６とレ
チクル１４との位置合わせを行う際には、レチクル１４
の露光でレジスト上のパターン３２のコンタクト部端部
を削ってしまわないように、位相シフトレチクル６の位
相シフタ膜７のコンタクト部形成部のエッジ端とレチク
ル１４の開口部１６の対応する端部の距離Ｄを０．１〜
０．２５μｍ程度とる必要がある。

【００２４】以上のようにして、位相シフトレチクル６
及びクロム遮光膜を用いたレチクル１４の二種類のレチ
クルを用いた二重露光により、従来より極めて容易に、
微細パターンを有するレジストパターンの形成をするこ
とができる。本発明の第２の実施例によるレジストパタ
ーンの形成方法を図３を用いて説明する。本実施例のレ
ジストパターンの形成方法は、第１の実施例におけるレ
ジストパターンの形成方法と基本的に同様である。本実
施例では、現実のパターン形成で生じる、複数の切断箇
所を有するレジストパターンに応用した場合を示してい
る。

【００２５】図３（ａ）は一回目の露光に用いる位相シ
フトレチクル６と二回目の露光に用いるレチクル１４を
重ねた状態を示している。図中破線で囲まれた部分が２
度目の露光で露光される開口部１６である。図３（ｂ）
は、図３（ａ）に示した位相シフトレチクル６の位相シ
フタ膜７のエッジ部で形成されたパターンをレチクル１
４の開口部１６の二重露光で必要箇所を切断して完成し
たパターン１０を示している。

【００２６】本発明の第３の実施例によるレジストパタ
ーンの形成方法を図４を用いて説明する。本実施例のレ
ジストパターンの形成方法は、第２の実施例におけるレ
ジストパターンの形成方法と基本的に同様である。本実
施例においても、現実のパターン形成で生じる、複数の
切断箇所を有するレジストパターンに応用した場合を示
している。

【００２７】図４（ａ）は一回目の露光に用いる位相シ
フトレチクル６と二回目の露光に用いるレチクル１４を
重ねた状態を示している。同図に示すように、集積度の
高い回路パターンを形成する場合、レジストパターンは
複雑になり、一回目の露光における位相シフトレチクル
６の位相シフタ膜７のエッジ同士が近接するようにな
る。また、切断箇所も多数となる。このような場合であ
っても、一回目の露光に用いる位相シフトレチクル６と
二回目の露光に用いるレチクル１４との位置合せ等に注
意すれば、二回目の露光に用いるレチクル１４のクロム
遮光膜の開口部１６は形成できるから、容易に複数の切
断箇所に二重露光を行うことができる。

【００２８】パターンの線幅が微細になれば、回路パタ
ーンのパターン間隔も狭くなるが、クロム遮光膜を開口
して形成するレチクル１４であれば容易に形成できる。
図１１に示した同一基板上に二種類の位相シフタ膜を形
成しなければならないレジストパターンの形成方法で
は、位相シフタ膜７と位相シフタ膜１２を複数混在させ
た位相シフタレチクルを形成することが技術的に非常に
困難であることに比べて、本実施例に用いるレチクル
は、従来の確立されたレチクル形成技術で十分形成可能
である。

【００２９】図４（ｂ）は、図４（ａ）に示した位相シ
フトレチクル６の位相シフタ膜７のエッジ部で形成され
たパターンをレチクル１４の開口部１６の二重露光で必
要箇所を切断して完成したパターン１０を示している。
本発明は、上記実施例に限らず種々の変形が可能であ
る。例えば、上記実施例では、ガラス基板上の位相シフ
タ膜をそのエッジ部で囲んだ閉領域に形成したが、反転
させて、閉領域がガラス基板でそれ以外の領域が位相シ
フタ膜となるように形成してもよい。

【００３０】また、上記実施例では、いわゆるクロムレ
ス方式の位相シフト法による位相シフトレチクルに本発
明を適用したが、レベンソン方式の位相シフト法による
位相シフトレチクルに本発明を適用することも可能であ
る。

【００３１】

【発明の効果】以上の通り、本発明によれば、従来形成
不可能であった結像光学系の解像度の限界を超える微細
ホールを位相シフトレチクルを用いて形成することがで
きる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１の実施例によるレジストパターン
の形成方法を示す図である。

【図２】本発明の第１の実施例によるレジストパターン
の形成方法を示す図である。

【図３】本発明の第２の実施例によるレジストパターン
の形成方法を示す図である。

【図４】本発明の第３の実施例によるレジストパターン
の形成方法を示す図である。

【図５】従来の縮小投影露光装置の結像光学系とレチク
ルの概略図である。

【図６】従来のレチクルによるレジスト上の露光光強度
の説明図である。

【図７】位相シフト法に用いる縮小投影露光装置の結像
光学系とレチクルの概略図である。

【図８】位相シフトレチクルによるレジスト上の露光光
強度の説明図である。

【図９】位相シフトレチクルによるレジストパターンの
説明図である。

【図１０】位相シフトレチクルによるレジストパターン
の説明図である。

【図１１】二種類の位相シフタ膜を有する位相シフトレ
チクルを用いたレジストパターンの形成方法を示す図で
ある。

【符号の説明】

１…レチクルマスク ２…ガラス基板 ３…遮光膜 ４…縮小投影レンズ ５…ウェーハ ６…位相シフトレチクル ７…位相シフタ膜 ８…透過光 ８′…透過光 １０…微細パターン １２…位相シフタ膜 １４…レチクル １６…開口部 １８…遮光膜 ２０…未感光部分 ２２…未感光部分 ２４…未感光部分 ３０…パターン ３２…パターン ３４…コンタクトホール形成部 ３６…コンタクトホール形成部

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 第１のガラス基板上に形成された位相シ
   フタ膜のエッジ部で描かれた第１のパターンを有する第
   １のレチクルを半導体基板上に塗布したポジレジストに
   露光する第１の露光工程と、 第２のガラス基板上に形成された遮光膜を開口して、前
   記第１のパターンのパターン切断箇所に対応する位置に
   開口部を設けた第２のパターンを有する第２のレチクル
   を前記ポジレジストに露光する第２の露光工程と、 前記ポジレジストを現像して、前記第１の露光工程で露
   光されたパターンの一部を前記第２の露光工程の露光に
   より切断した微細パターンを形成する現像工程とを有す
   ることを特徴とするレジストパターンの形成方法。
2. 【請求項２】 請求項１記載のレジストパターンの形成
   方法において、 前記第１のパターンは、 近接した複数本のエッジ部で描かれ、コンタクト部を形
   成するコンタクト部パターンと、 １本のエッジ部で描かれ、前記コンタクト部を接続する
   配線を形成する配線パターンとを有し、 前記第２のパターンは、相対する前記コンタクト部間の
   配線に対応する位置に前記開口部を有し、 前記ポジレジストを現像して、前記第１の露光工程で露
   光されたパターンの相対する２個の前記コンタクト部間
   を前記第２の露光工程の露光により切断する現像工程と
   を有することを特徴とするレジストパターンの形成方
   法。