JPH1074679A

JPH1074679A - 位相シフトマスクを用いた露光方法

Info

Publication number: JPH1074679A
Application number: JP8229777A
Authority: JP
Inventors: Hideo Shimizu; 秀夫清水
Original assignee: Sony Corp
Current assignee: Sony Corp
Priority date: 1996-08-30
Filing date: 1996-08-30
Publication date: 1998-03-17

Abstract

(57)【要約】【課題】位相シフト効果を十分に維持しつつ、サブピ
ークによる不要な解像が生じないようにしてサブピーク
の問題を解決し、位相シフトマスクの作用効果を十分に
発揮できる露光方法を提供する。【解決手段】感光材料３が被露光面に形成された被露
光材２を、位相シフトマスク１を用いて露光し、現像剤
により現像する露光方法において、位相シフトマスクを
用いて露光したのち、露光された感光材料の表面に、現
像剤に対する反応を抑制する処理４を施し、必要に応
じ、２度目の露光をたとえば通常マスクにより行う。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、位相シフトマスク
を用いた露光方法に関し、特に、サブピークの解像を防
止した位相シフトマスクによる露光方法を提供するもの
である。本発明の露光方法は、マスクの像を被露光材に
転写する各種の露光技術に適用でき、たとえば、微細化
・集積化した電子材料（半導体装置等）の製造の際のパ
ターン転写技術として、好適に使用することができる。

【０００２】

【従来の技術】従来より各種の露光技術が知られてお
り、その中でも、位相シフトマスクを用いた位相シフト
法は、解像度や焦点深度を向上させる技術として、注目
されている。

【０００３】位相シフトマスクは、透過光の位相をずら
す機能をもつ部分（シフター部などと称されている）を
有しており、これにより、一般には透過光の位相を１８
０°反転させる構成をとっている。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】このような位相シフト
マスクには、形成すべきパターンに対応する透過光の強
度のピークの近傍に、不要なピーク（以下、これを「サ
ブピーク」とも称する）が発生することがある。特に、
ホールパターン等の孤立パターンの形成に適用する場合
には、メインの光強度のほかに、サブピークが必ず出現
してしまうことが、広く知られている。このサブピーク
は、位相シフトマスクであれば、いかなる種類のマスク
についても、問題となる。すなわち、補助の位相シフト
パターンを形成するリム型の位相シフトマスク、また、
アウトリガー型の位相シフトマスク、あるいは、マスク
面にある程度の透過率（たとえば１０％程度の透過率）
を有する位相反転部が形成されたハーフトーン型位相シ
フトマスク等のいずれについても、少なくとも孤立パタ
ーンに適用する場合には、かかる不必要なサブピークは
必ず出現してしまう。該サブピークが解像すると、不要
なパターンが形成されることになり、問題である。

【０００５】上記サブピークの強度は、特にパターンが
近接した場合には、近接効果によって、感光材料上に余
分なパターンを形成するほど、大きくなってしまう。

【０００６】しかもこのサブピークは、露光装置のコヒ
ーレンシーを高めたり、位相シフトマスクの補助パター
ンを大きくするなど、位相シフト効果を高めようとする
ほど、上昇してしまう。このため、サブピークを抑制す
るためには、逆に位相シフト効果を低くするような条件
で用いることが余儀なくされる。この結果、位相シフト
マスクを用いた場合の位相シフト効果は、大幅に制限さ
れてしまっていた。

【０００７】本発明は、位相シフト効果を十分に維持し
つつ、上記サブピークの問題を解決し、サブピークによ
る不要な解像が生じないようにして、位相シフトマスク
の作用効果を十分に発揮できる露光方法を提供すること
を目的とする。

【０００８】

【課題を解決するための手段】本発明に係る、位相シフ
トマスクを用いた露光方法は、第１に、感光材料が被露
光面に形成された被露光材を、位相シフトマスクを用い
て露光し、現像剤により現像する工程を備える露光方法
において、位相シフトマスクを用いて露光したのち、露
光された感光材料の表面に、現像剤に対する反応を抑制
する処理を施すことを特徴とするものである。

【０００９】この発明によれば、露光された感光材料の
表面に、現像剤に対する反応を抑制する処理を施すした
ことにより、サブピークの解像を阻止することができ
る。よって、位相シフトマスクによる露光自体について
は、位相シフト効果を十分に高めた露光を行って、位相
シフトマスクの作用効果を十分に発揮させるようにする
ことができる。

【００１０】本発明に係る、位相シフトマスクを用いた
露光方法は、第２に、感光材料が被露光面に形成された
被露光材を、位相シフトマスクを用いて露光し、現像剤
により現像する工程を備える露光方法において、位相シ
フトマスクを用いて露光したのち、露光された感光材料
の表面に、現像剤に対する反応を抑制する処理を施し、
その後、再び同位相シフトマスクまたは異なる位相シフ
トマスク、もしくは他の通常のマスクを使用して、該マ
スクを上記位相シフトマスクを用いて露光された部分に
重ね合わせ、選択的に露光を行うことを特徴とするもの
である。

【００１１】この発明は、上記第１の発明の工程のの
ち、再び露光を行うとともに、この露光は選択的に行う
ので、上記の現像剤に対する反応を抑制する処理によっ
て、必要なパターン部分に影響が生じたとしても、この
影響を取り除くようにすることができる。よって、サブ
ピークによる問題の解消と、位相シフトマスクの作用効
果の十分な実現とを、さらに確実に達成できる。

【００１２】

【発明の実施の形態】以下本発明の実施の形態について
さらに詳細に説明し、また、本発明の好ましい実施の形
態の具体例について、図面を参照して説明する。但し当
然のことではあるが、本発明は以下述べる実施の形態例
に限定されるものではない。

【００１３】本発明の実施においては、透過光（露光に
用いる露光光）の一部の位相をずらす機能を有するマス
クである位相シフトマスクを用いてパターンを転写する
プロセスにおいて、露光された感光材料の表面に、現像
液に対して反応を阻害するような処理を行うことで、上
述したサブピークの解像を阻止する形態をとることがで
きる。

【００１４】また、上記表面処理を行った後、再び、上
記位相シフトマスクもしくは異なる通常のマスク（本明
細書中、「通常のマスク」とは、位相シフト効果を有さ
ず、遮光部と光透過部とによりパターンが形成されてい
るマスクを称する。）を使用して、上記プロセスにより
露光された部分に重ね合わせ、選択的に短時間の露光を
行うことによって、必要なパターンに施された上記表面
処理の影響を取り除くプロセスを備えた形態をとること
ができる。

【００１５】さらに上記において、上記感光材料が、光
酸発生剤を含有し、露光により発生した酸を触媒的に作
用させて化学反応を進行させる感光材料（いわゆる「化
学増幅レジスト」と称されているもの）であり、表面処
理剤として、発生する酸と反応してこれを中和する機能
を有する材料を使用する形態をとることができる。

【００１６】本発明は、微細な加工プロセスに好ましく
適用できる。たとえば、微細化・集積化した各種半導体
装置の配線その他のパターンを形成するためのパターン
転写技術として、好ましく適用できる。位相シフトマス
クの利点である、解像度の向上、及び焦点深度の改善の
効果を、サブピークの問題を解消して、発揮させること
ができるからである。

【００１７】以下、本発明の好ましい実施の形態例につ
いて、具体的に詳述する。実施の形態例１本例においては、半導体装置製造工程におけるフォトリ
ソグラフィー工程に、本発明を適用した。被露光材は、
感光材料として化学増幅型フォトレジストが塗布された
半導体ウェーハ、特にシリコンウーェハである。

【００１８】最初、ウェーハ上にレジストをスピンコー
トして、露光を行う。このプロセス自体としては、従来
からよく知られている通常のレジスト塗布、及び露光の
プロセスを採用できる。

【００１９】本例では、ＫｒＦエキシマレーザーを露光
光源とし、位相シフトマスクとしては、ハーフトーン位
相シフトマスクを使用した。露光機は、５：１の縮小型
の投影露光機（ステッパー）を用い、そのパラメータ
は、露光波長が２４８ｎｍで、開口数（ＮＡ）は０．５
０、σは０．５に設定した。

【００２０】また、用いるハーフトーン位相シフトマス
クは、その半透明部の透過率（ハーフトーン透過率）が
６％のものを使用し、０．３０μｍ径のホールパターン
を形成するものとする。このような場合、マスクにバイ
アスをかける（マスク寸法を、縮小率換算の上で、形成
すべき寸法より大きく、あるいは小さく設定する）場合
もあるが、ここでは、透過率が低いこともあって、バイ
アスはかけておらず、マスク上のパターン寸法は、５倍
の１．５μｍ角（１．５μｍ四方）のホールとした。

【００２１】ハーフトーン位相シフトマスクには、代表
的に単層型（ハーフトーンシフター部が単層の材料層か
ら形成されるもの）と、基板掘り込み型（基板を堀り込
んで厚みの差により位相シフト効果を生じさせるもの）
とがあるが、本例では、基板掘り込み型のマスクを使用
している。具体的には、透明基板である６インチ角Ｓｉ
Ｏ₂基板（たとえば石英基板）上に、露光光の透過率が
６％になるように厚さ３０ｎｍのクロム膜を形成したマ
スク基板を用い、開口部（ホールパターン形成用光透過
部）を２４０ｎｍ垂直にエッチングして、クロム膜が形
成されたハーフトーン部とは透過した露光光の位相が互
いに丁度反転するようにした。図１及び図３には、本例
で用いた位相シフトマスクを模式的に示すが、図１に示
すように、この位相シフトマスク１は、石英基板１０上
に、厚さ３０ｎｍのクロム膜１１を形成したもので、ク
ロム膜１１が存在する部分がハーフトーン部１２、クロ
ム膜１１が開口した部分が光透過部１３となってこれが
ホールパターンをなしている。ハーフトーン部１２と光
透過部１３とは、位相を互いに反転させて露光光を透過
する。光透過部１３は、マスク平面上では、図３に略示
するように、１．５μｍ角のホールとして形成されてい
る。

【００２２】被露光材であるウェーハ上に形成する感光
材料としては、本例では、化学増幅型のポジレジストを
使用している。この種のポジレジストは、一般に、光酸
発生剤と、発生した酸により保護基が外されて、これに
よりレジストが現像剤に可溶になる構成で形成されてい
る。ここでは具体的には、化学増幅型のポジレジストと
して、東京応化（株）製のＴＤＵＲ−ＤＰ００９を用
い、これを膜厚０．８３μｍになるように塗布し、９０
℃、９０秒のベイキングを行って、溶媒を除去して、フ
ォトレジスト膜を形成する。本例では、半導体装置形成
の場合に本発明を適用するが、まず本発明の効果の確認
のため、デバイス上でなく、シリコンウェーハ上に直
接、コーター・デベロッパにより全面にレジストを塗布
して、以下の実験を行うようにした。

【００２３】上記レジスト膜形成ののち、前述した露光
条件で、露光を行う。露光量は、６０ｍＪ／ｃｍ²であ
る。

【００２４】露光を行うと、図１に模式的に示したよう
に、ウェーハ２上の感光材料３（レジスト）は、そのマ
スク１の光透過部１３（開口部）からの露光光４により
露光された部分は感光して、メインパターンの潜像３１
を形成する。このとき、感光材料３が化学増幅型レジス
トであるので、光酸発生剤から発生した酸が、潜像３１
を構成する感光材料３中に存在することになる。この酸
を、模式的にＨ⁺で示す。このとき、メインパターンの
潜像３１の側方近傍に、サブピークによる潜像３２が生
じる。この潜像３２中にも、光酸発生剤から発生した酸
Ｈ⁺が存在する。なお、図１において、マスク１と被露
光材であるウェーハ２との間には、実際にはステッパー
が存在し、レンズ等の光学系が存在して、露光によりパ
ターンは縮小（ここでは１／５に縮小）されるが、ここ
では図示を明瞭にするため、それらについては無視して
いる。他の各図においても同様である。

【００２５】従来技術にあっては、この状態でＰＥＢ
（露光後ベイク）を行い、現像してパターンを形成する
のであるが、本例では本発明を適用して、酸を失活させ
る処理を行う。具体的には、図２に模式的に示すよう
に、表面処理４を施して、酸をトラップする。本例で
は、処理剤として、塩基性を呈する物質であるＨＭＤＳ
（ヘキサメチルジシラザン）を使用して、処理を行っ
た。

【００２６】ＨＭＤＳにより酸は中和されて、消滅し、
失活する。ポジ型の化学増幅型レジストでは、アミン等
の汚染（いわゆるエアボーンコンタミネーション。配管
の塗料その他に由来して、エア中にほとんど不可避的に
含まれる不純物による汚染）により、表面の酸が食われ
る（アミンと中和して消滅する）ことで、現像残りが生
ずるという現象が知られている。この現象は、露光後か
ら、酸触媒反応を起こすＰＥＢまでの放置時間に依存す
ることから、ＰＥＤ（露光後次工程までのＤｅｌａｙ
（遅延））時間の管理が重要となっている。この現象
は、たとえばライン・アンド・スペースパターンでは、
断面形状が上部にひさしができたようなアルファベット
のＴの字状になることから、Ｔトップと言われているレ
ジストの不整形状をもたらす。本発明では、この現象が
起きる原理を逆に利用したものである。本発明のよう
に、酸を失活させる処理を特に施すことにより、サブピ
ークの潜像３２中の酸は消滅し、よってサブピークの影
響が解消される。図２に、サブピークの潜像３２中の酸
が消滅した部分を、符号３３で模式的に示す。このよう
に、本実施の形態例においては、サブピーク部分で露光
されて発生した酸は消滅し、サブピークによる影響も消
える。すなわち、上記露光ののち、たとえば１１０Ｃ°
で９０秒のＰＥＢを行い、アルカリ現像液（東京応化
（株）製、ＮＭＤ−Ｗ）を用いて、６０秒のパドル（液
盛り）現像を行ったところ、サブピークの影響のないレ
ジストパターンを得ることができた。

【００２７】別途、半導体装置のデバイス状にレジスト
を形成して、上記と同様の手順で露光し、現像したとこ
ろ、良好な微細パターンを形成することができた。

【００２８】本例によれば、従来はサブピークの影響の
ために制限を受けていた位相シフト法の効果が、最適の
条件を用いて使用することが可能となるため、従来の位
相シフト法に比べて、解像度の向上、焦点深度の向上が
実現される。

【００２９】実施の形態例２この実施の形態例では、上記実施の形態例１の処理工程
の後、現像前に、再度露光を行う形態をとった。すなわ
ち、上記現像剤に対する反応を抑制する処理により、メ
インパターン部分でも酸が消滅して、パターンが細る現
象が起きる可能性がある。たとえば、図２に、メインパ
ターンの潜像３１において、酸が消滅した部分を模式的
に符号３４で示すが、このような酸消滅部分３４によ
り、パターンが細ってしまう可能性も、全くないとは言
えない。

【００３０】本例では、上記の可能性を回避するため、
再度露光を行って、メインパターン形成部表面に酸を補
うようにした。

【００３１】本例では上記の再度の露光を行って、被露
光材であるウェーハ２をもう１度露光するが、このとき
に使用するマスクは、位相シフトマスクでない（シフタ
ーを有さない）ことを除けば、最初の露光に使用したマ
スクと全く同じパターンのものである。図４にここで用
いたマスク１′を断面で略示し、図６に平面で略示す
る。符号１３は、前記位相シフトマスク１におけると同
様光透過部（開口部）を示すが、符号１４は、クロム膜
１１により形成された遮光部を示す。その他、図１乃至
図３と同符号は、同一または対応する構成部分を示す。

【００３２】この実施の形態例では、上記した通常マス
ク１′を用いて、図４に示すように露光光４で２度目の
露光を行う。なお、図４は、実施の形態例１の図２の工
程の続きの工程ということになるので、工程は（３）と
表記してある。

【００３３】本例では、この２度目の露光により、再び
感光材料３（レジスト）に、酸Ｈ⁺が生じる。酸が形成
される状態は、図４に、符号１５で新たに発生した酸を
模式的に示すとおりである。

【００３４】この場合には、酸は表面にのみ発生させれ
ばよいわけであるから、露光は、最初の露光のときに比
べて、短時間でよい。むしろ、露光時間が長すぎると、
感光材料３（レジスト）内部に発生する酸の量が増加す
るため、現像後のホールパターンが大きくなってしまう
ことになるので、露光量が過大にならないように注意す
る必要がある。本例では、１０ｍＪ／ｃｍ²で、露光を
行っている。この露光ののち、１１０Ｃ°で９０秒のＰ
ＥＢを行い、アルカリ現像液（東京応化（株）製、ＮＭ
Ｄ−Ｗ）を用いて、６０秒のパドル（液盛り）現像を行
った。

【００３５】本例において形成されるパターンは、図５
に示したようになり、サブピークの影響は、完全に排除
されて、感光材料３（レジスト）に良好な形状のホール
５が形成された。

【００３６】なお、図では２枚目のマスク（通常マス
ク）の像が、１枚目のマスク（位相シフトマスク）によ
る潜像にぴったりと重なるように図示したが、実際に
は、用いる露光装置（ステッパー）の合わせ誤差範囲内
でずれることになる。しかし、ここでは、上記２枚目の
マスク（通常マスク）の像が、サブピークの位置に重な
りさえしなければよいのであり、一般に、サブピークの
出現する位置はパターンセンターから０．４μｍ以上は
離れているため、現状で使用されている露光装置（ステ
ッパー）の重ね合わせ精度をもってすれば、問題となる
ことはない。

【００３７】本例によれば、上記した実施の形態例１の
効果に加えて、現像剤に対する反応を抑制する処理（Ｈ
ＭＤＳによる処理）のためにメインパターン部分で酸が
消滅してパターンが細ってしまうという可能性も排除で
きるという利点がある。

【００３８】実施の形態例３上記実施の形態例２では、２度目の露光を、通常マスク
で行ったが、位相シフトマスクを用いてもよい。よっ
て、ここでは、最初の露光で使用した位相シフトマスク
をそのまま用いて、２度目の露光を行うようにした。

【００３９】一般に、位相シフトマスクでは、サブピー
ク強度を調整することが可能である。たとえば、位相シ
フト効果をある程度犠牲にした条件にすれば、サブピー
ク強度をほとんど影響のないレベルに落とすこともでき
る。したがって、このような条件で露光、またはこのよ
うな条件で作成したマスクを用いて露光を行えば、通常
マスクと同等の結果が得られるのであり、本例ではこの
性質を利用して、２度目の露光も位相シフトマスクで行
うようにしたものである。

【００４０】実施の形態例４〜５上記実施の形態例１〜２では、位相シフトマスクとして
ハーフトーン位相シフトマスクを用いたが、その他の位
相シフトマスクでも、同様に実施できる。

【００４１】実施の形態例４〜５では、ハーフトーン位
相シフトマスクに代えて、リム型位相シフトマスクを用
い（実施の形態例４）、またアウトリガー型位相シフト
マスクを用いて（実施の形態例５）、実施の形態例１〜
２と同様に露光を行った。これにより、上記実施の形態
例と同様の効果を得ることができた。

【００４２】

【発明の効果】本発明の露光方法によれば、サブピーク
の問題が解決され、よって位相シフト効果を十分に維持
しつつ、サブピークによる不要な解像の発生が防止さ
れ、位相シフトマスクの作用効果を十分に発揮させるこ
とが可能となる。

【図面の簡単な説明】

【図１】実施の形態例１の工程（１）を示す断面略示
図であり、位相シフトマスクによる露光を示す図であ
る。

【図２】実施の形態例１の工程（２）を示す断面略示
図であり、ＨＭＤＳによる処理を示す図である。

【図３】実施の形態例１で用いた位相シフトマスクの
平面略示図である。

【図４】実施の形態例２の工程（３）を示す断面略示
図であり、通常マスクによる２度目の露光を示す図であ
る。

【図５】実施の形態例２の工程（４）を示す断面略示
図であり、形成されたレジストパターンを示す図であ
る。

【図６】実施の形態例２で用いた通常マスクの平面略
示図である。

【符号の説明】

１・・・（ハーフトーン）位相シフトマスク、１′・・
・通常マスク、１０・・・（マスクの）透明基板（石英
基板）、１１・・・クロム膜、１２・・・半透明部（ハ
ーフトーン部）、１３・・・光透過部（開口部）、１４
・・・遮光部、１５・・・新たに発生した酸、２・・・
被露光材（半導体ウェーハ）、３・・・感光材料（化学
増幅型レジスト）、４・・・露光光、５・・・（レジス
トに形成された）ホールパターン。

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】感光材料が被露光面に形成された被露光材
を、位相シフトマスクを用いて露光し、現像剤により現
像する工程を備える露光方法において、位相シフトマスクを用いて露光したのち、露光された感
光材料の表面に、現像剤に対する反応を抑制する処理を
施すことを特徴とする位相シフトマスクを用いた露光方
法。
【請求項２】上記感光材料が、露光により酸を発生する
光酸発生剤を含有し、発生した酸により化学反応が進行
する感光材料であり、上記現像剤に対する反応を抑制する処理が、発生した酸
を失活させる処理であることを特徴とする請求項１に記
載の位相シフトマスクを用いた露光方法。
【請求項３】感光材料が被露光面に形成された被露光材
を、位相シフトマスクを用いて露光し、現像剤により現
像する工程を備える露光方法において、位相シフトマスクを用いて露光したのち、露光された感
光材料の表面に、現像剤に対する反応を抑制する処理を
施し、その後、再び同位相シフトマスクまたは異なる位相シフ
トマスク、もしくは他の通常のマスクを使用して、該マスクを上記位相シフトマスクを用いて露光された部
分に重ね合わせ、選択的に露光を行うことを特徴とする
位相シフトマスクを用いた露光方法。
【請求項４】上記感光材料が、露光により酸を発生する
光酸発生剤を含有し、発生した酸により化学反応が進行
する感光材料であり、上記現像剤に対する反応を抑制する処理が、発生した酸
を失活させる処理であることを特徴とする請求項３に記
載の位相シフトマスクを用いた露光方法。