JPS6358825A - パタ−ン形成方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は縮小投影露光法による微細レジストパターンの
形成を行うパターン形成方法に関わる。

〔発明の概要〕

本発明は最小解像線幅以下である微細フォトレジストパ
ターンを縮小投影露光法により形成するにあたり、その
露光パターンを最小解像線幅より大なる間隔のパターン
の組に分割し、各組のパターンについてそれぞれ縮小投
影露光を行うようにして最小解像線幅より小なる間隔の
パターンを高解像度をもって鮮明に形成することができ
るようにする。

〔従来の技術〕

半導体製造技術を始めとする各種微細パターンの形成に
おいて、写真技術の通用によるフォトリソグラフィすな
わちフォトレジストパターンの形成による加工技術が広
く用いられている。

近時、例えば超大型半導体集積回路（超ＬＳＩ）におけ
るように１μｍ＠Ｉのパターンによるｉ放線回路素子の
形成工程に用いられるフォトレジストパターンを得るた
めのパターン露光は、そのフォトレジスト膜に露光マス
クを密着させるいわゆる密着転写法に比べて多くの利点
を有する縮小投影露光法が広く用いられるに至っている
（例えばセミコンダククワールド（Ｓｅｍｉｃｏｎｄｕ
ｃｔｏｒ　Ｗｏｒｌｄ　）１９Ｂ２．５．Ｐ５８〜８２
参照）。

通常半導体装置等の微細装置を製造する場合、共通の例
えば半導体ウェファ上に複数個の装置、例えば超ＬＳＩ
装置を配列形成し、後に各装置部に関してウェファを分
断して同時に複数個の半導体装置を得るという方法が採
られる。したがって半導体装置の製造で用いられるフォ
トリソグラフィ技術においては、通常ウェファ上に、互
いに直交する２方向Ｘ及びＹに関してそれぞれ同一のフ
ォトレジストパターンが繰返えし配列された構成となる
。

縮小投影露光法では、これらパターンの形成は個々に行
われる。この投影露光法によるレジストパターンの形成
方法を、第１図を参照して説明する０図中（１１は表面
にフォトレジストパターンを形成しようとする例えば半
導体ウェフ１を示す。この場合、ウェファ（１）上にフ
ォトレジスト膜（２）を塗布し、これを移動ステージ（
３）上に載置する。この移動ステージ（３）は第１図に
おいて、紙面に沿う一方向Ｘとこれと直交する方向、第
１図において紙面と直交するＹ方向に所要の間欠的移動
ができるようになされている。この移動ステージは、例
えば±０．０２μｍ程度の高精度移動ができるものであ
る。

そして、この移動ステージ（３）の１の移動位置でウェ
ファ＋１１上のフォトレジスト膜（２）に対して縮小露
光によって所定のパターン露光を行い、このパターン露
光をステージ（３）の各移動位置で行って、第２図に示
すように各露光パターン（８）が、ウェファ（１）上の
例えばＸ及びＹ方向にそれぞれ複数個配列されるように
する。

縮小露光は、第１図で示すように例えば水銀灯等の光源
（４）からの光を所要の光学レンズ系（５）を通じて、
目的とする露光パターン（８）の拡大光学像を有する原
画（６）いわゆるレチクルに照射しその光学像を縮小レ
ンズ系（７）によってフォトレジスト［１＋２１上に縮
小照射して、フォトレジストＩｌｌ！　＋２）に微細露
光パターン（８）を形成するものである。この露光は前
述したように移動ステージ（３）をＸ及びＹに関して間
欠的にそれぞれ所定量移動させた位置で行って複数の微
ｍ露光パターン（８）を第２図に示すようにＸ及びＹ方
向にそれぞれ複数個配列形成する。

次いで、実際上はこのフォトレジス）ｉ（２）に対して
現像処理を施して微ＩＩＩＩ露光パターン（８）の各露
光部あるいは未露光部を除去してそれぞれ所要のパター
ンのレジストパターンを形成する。

このフォトレジストパターンは、例えばエツチングレジ
ストとして用いられて、例えばウェファ（１１上に被着
形成されている金属層、あるいは拡散マスク層等に対す
る選択的エツチングを行って例えば電橋ないしは配線パ
ターンあるいは拡散マスクパターンの形成に供する。

上述したように、縮小投影露光法による場合、複数個の
露光パターンの形成を個々に行うものであるが、複数個
の露光パターンを同時に露光するいわゆる密着転写法に
比して多くの利点を有する。

すなわち、密着転写法による場合においては、レジス）
　膜＋２１に対して全面的に露光光学マスクを直接的に
密着させ、露光処理をレジスト膜の全面にわたって同時
に行う。ところが、この場合、露光光学マスクとレジス
トＩＩ’Ｊ　（２）との間に塵などの異物が入るなど傷
の発生が生じたり、露光光学マスクの損傷が激しいため
に繰返し利用ができないとか、露光光学マスクとレジス
ト膜とを全面にわたって完全密着しがたいことから、パ
ターンの転写精度が劣化するなどの不都合を生じる。

上述した縮小投影露光法による場合においては、このよ
うな諸問題を解消することができるという利点を有する
。

しかしながら、このような縮小投影露光法によってもフ
ォトレジストパターンの微細化に問題が生じて来ている
。すなわち、この縮小投影露光法では、その解像度は光
の回折によって制限される。

この場合の最小解像線幅は、 λ で与えられることは知られているところである。

但しここでｋはパターン形成プロセスを考慮した比例定
数で一般にｋ　＝　０．８として与えており、λは露光
波長、Ｎ、Ａは縮小投影レンズ系の開口数である。今例
えばλ＝　０．４３６，１７１１１　、　Ｎ、　Ａ＝０
．４２である場合、その最小解像線幅は０．８３μｍと
なる。

したがって、例えばこの縮小投影露光法によって最小解
像線幅より小さい０，５μ輪の線幅と間隔とを有するパ
ターン露光行う場合、その光回折によって露光部と非露
光部の光強度のコントラストが不充分となり、鮮明なパ
ターンの形成が行い難くなる。

そして、この最小解像線幅自体の縮小を図るには、前記
（１１式から明らかなように露光波長λを小にするか、
開口数Ｎ、Ａを大とすることによる。

ところが、実際上露光波長λがあまり小さくなるとレン
ズにおける光吸収が大となるとかフォトレジストの露光
感度が低下するとかの問題から、その波長λの低減化に
は制約があり、またレンズ系の開口数Ｎ、Ａについても
制約があるので、その最小解像線幅の充分な縮小化が図
られず、現状で要求される例えば０．５μｆｆ１幅及び
間隔の微細パターンの形成等の要求に充分対応できない
という問題が生じている。

〔発明が解決しようとする問題点〕

本発明は上述した縮小投影露光法によるフォトレジスト
パターンの形成において、その最小解像線幅の制約の問
題に対処して目的とする露光パターンの露光部間隔がそ
の最小解像線幅以下である微細フォトレジストパターン
といえどもその形成を確実に行うことができるようにす
る。

〔問題点を解決するための手段〕

本発明は縮小投影露光法によってフォトレジストパター
ンを形成するパターン形成方法パターン露光において、
そのパターンの目的とする露光部間隔がその縮小投影露
光における縮小投影レンズの開口数Ｎ、Ａや露光波長λ
によって決まる最小解像線幅以下である場合において、
そのフォトレジストに対する露光パターンを上述の最小
解像線幅より大なる間隔のパターンの組に分割し、これ
ら分割された各組のパターンについてそれぞれ縮小投影
露光を行ってひとつの微細露光パターンを形成する。

〔作用〕

上述の本発明方法によれば、最小解像線幅以下のパター
ン間隔を有するフォトレジストパターンを形成するにも
拘わらず、その露光を複数回行うことにより各露光に関
してはそれぞれ最小解像線幅以上の大なる間隔をもった
パターンとしてその露光を行うので回折現像によるコン
トラストの低下が回避されて、鮮鋭度に優れた露光、し
たがって鮮明な微細露光パターンの形成したがって鮮鋭
度に優れたフォトレジストパターンを形成することがで
きるものである。

〔実施例〕

本発明によるパターン形成方法、すなわちフォトレジス
トパターンの形成方法にあたっても、第１図で説明した
縮小投影露光法によるパターン形成方法により、微！Ｉ
≠千牛キ＃露先パターン（８）を形成し、移動ステージ
（３）のＸ及びＹ方向の間欠移行によって第２図に示す
ように共通のレジスト膜（２）のＸ及びＹ方向に同一微
細露光パターン（８）を配列形成する。しかしながら、
本発明においては、それぞれの微細露光パターン（８）
の形成にあたって、つまり１つの微細露光パターン（８
）について複数の露光工程をとる。

今、例えば第３図に斜線を付して示すように、目的とす
る間隔が最小解像線幅以下の間隔りであって、目的とす
る露光幅がＷであるストライプ状露光部Ｓが配列された
露光パターン（８ンをフォトレジス）Ｉｌ’！（２）上
に露光する場合について説明する。

この場合第４図Ａ及びＢに示すように、フォトレジスト
膜（２）に対する第３図で説明したストライプ状露光部
Ｓの１つ置きをそれぞれ組として第１及び第２の露光パ
ターン（８八）及び（８Ｂ）に分割し、これらを２回の
露光によって重ね合せて露光することによって第３図に
示す露光パターン（８）をフォトレジスｔ−Ｉｆｆ　（
２１上に行う。この例では第１及び第２の露光パターン
（８Ａ）及び（８Ｂ）が、それぞれ幅Ｗを有する露光部
Ｓが２Ｄ＋Ｗの間隔をもって配列された実質的に同一の
パターンであることから、パターン露光に当っては、第
１図で説明した原画（６）として、何れか一方の露光パ
ターン（８Ａ）または（８Ｂ）を形成する拡大光学像を
用いる。そして各１の露光パターン（８）の形成に際し
、それぞれ第１の露光作業と第２の露光作業を行う、す
なわち、第１の露光作業で原画（６）によって、フォト
レジスト膜（２）上に第１図で説明した縮小投影露光を
行って第４図ＡまたはＢの露光パターン（８＾）または
（８Ｂ）を形成し、その後露光部Ｓのストライブ方向と
直交する方向にフォトレジスト膜（２）上で露光パター
ンが間隔（Ｗ＋Ｄ）分だけ移動するようにステージ（３
）を移動させて第２の露光作業を行う。

このようにすれば、第１及び第２の露光作業によって第
３図の目的とする露光パターン（８）が得られる。この
ようにして、各露光パターン（８）を、ステージ（３）
のＸ及びＹ方向への各間欠的移行位置で行えば、第２図
に示したようにＸ及びＹ方向にそれぞれ複数の露光パタ
ーン（８）が配列形成される。

このようにして露光パターン（８）が形成されたフォト
レジスト膜（２）に対して現像処理を行えば目的とする
レジストパターンの形成を行うことができる。

このような方法によれば露光パターン（８）の幅Ｗ及び
間隔りが縮小投影露光において決まる最小解像線幅より
小なる場合においても、第１及び第２の各露光作業での
露光パターン（８Ａ）及び（８Ｂ）は第４図Ａ及びＢに
示したようにその間隔が（２Ｄ＋Ｗ）なる間隔のパター
ン露光となるので、この（２Ｄ＋Ｗ）が縮小投影露光に
おける最小解像線幅より大なる間隔であれば、第１及び
第２の各露光作業でコントラストの高い露光を行うこと
ができる。

更に、これについて説明すると、今上述の第１及び第２
の各露光作業におけるフォトレジスト面でのストライプ
露光部Ｓと直交する方向の露光強度分布は、第５図に示
すように幅Ｗの中心部にピ一りを有し、このピーク部分
が（２０＋Ｗ）のピッチをもって配列された分布となる
。この場合そのピッチ、ずなわち露光間隔（２Ｄ＋Ｗ）
が最小解像線幅以上の間隔であれば、光の回折による、
露光部相互の干渉作用が小となることから各露光のピー
クが急峻となりそのコントラストすなわち露光のピーク
値１ｍａｘと最小値１ｍ１ｎによって決まるコントラス
トＣ２ Ｉｍａｘ＋　ｌｍ１ｎ が大となる。すなわち例えば第６図に示すように、最終
的に得る露光パターン（８）に対応して最小解像線幅よ
り小なる間隔のＤをもってパターン露光を行った場合、
相互の干渉によってＩｍａｘと１ａｉｎの差は小となり
露光分布の波形がなまるのでそのコントラストＣは小さ
くなる。したがって、第６図のような露光によって形成
したフォトレジストパターンはパターンの切れの悪い鮮
鋭度が低いパターンとなるか、あるいは実質的にフォト
レジストパターンの微細パターンが形成不能となる。

つまり、例えばＷ＝０．５μ―、　Ｄ＝　０．５μｍの
露光パターン（８）の露光を行う場合、その周期は１．
０μ糟であるのに対し本発明によれば、第１及び第２の
各露光での露光間隔（２Ｄ＋ｗ）　＝　１．５μｍとな
るのでその周期は従来の１回露光の場合の２倍の２．０
μｍとなり、パターンの密度が小さくなることによって
コントラストが向上するものであり、このことは縮小投
影レンズをフーリエ光学的に考えたとき空間周波数に対
してその透過率が串間に減少する低帯域フィルターと見
做すことができることからも推測できるところである。

上述したように本発明方法によれば露光パターンのコン
トラストを高めることができるが更に光強度コントラス
ト増幅効果を有するプロセスを組合せて、より高いコン
トラストを得るようにすることもできる。

尚、上述した例では、第１及び第２の２回の露光に分割
してパターン形成を行うようにした場合であるが、２回
より多い複数回に分割してその露光を行うこともできる
。

〔発明の効果〕

上述したように本発明方法によれば、最小解像線幅より
小さいパターン間隔の微細パターンといえども高コント
ラストをもって露光処理ができるので鮮鋭度に優れた縮
小投影露光による微細パターンの形成を可能にするもの
である。

尚、本発明によれば、複数の露光例えば第１及び第２の
露光を行うもので、そのパターンによっては、実施例に
おけるように雨露光を実質的に同一のパターン（８＾）
（８Ｂ）をもってフォトレジストＩ５！＋２１とこれに
対する投影光学像、すなわち原画（６）との相対的位置
を移動ステージ（３）によって移動させてその各縮小投
影露光を行うことになるものであるが、実際上冒頭に述
べたように移動ステージ（３）の移動精度は、±０．０
２μｍという高精度のものであるのでこの相対的移動に
よって精度の低下が生じることのおそれはない。

【図面の簡単な説明】

第１図は縮小投影露光法の説明図、第２図はレジス）ｆ
ｌの露光パターンの配置態様の一例を示す平面図、第３
図は露光パターンの一例の平面図、第４図Ａ及びＢは第
１及び第２の露光パターン図、第５図は本発明による露
光強度分布図、第６図は従来方法の露光強度分布図であ
る。 ｉｌｌはウェファ、（２）はフォトレジスト膜、（３）
は移動ステージ、（４）は光源、（５）は光学系、（６
）は原画、（８）は微細露光パターン、（８Ａ）及び（
８Ｂ）は第１及び第２の露光パターンである。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 縮小投影露光法によりフォトレジストに対して、目的と
   する露光部の間隔が上記縮小投影露光の最小解像線幅以
   下である露光パターンをもって露光してフォトレジスト
   パターンを形成するパターン形成方法において、 上記フォトレジストに対する露光パターンを、上記目的
   とする露光部の間隔が上記最小解像線幅より大なる間隔
   となる複数のパターンの組に分割し、該分割された各組
   のパターンについてそれぞれ縮小投影露光を行ってフォ
   トレジストパターンを形成するようにしたことを特徴と
   するパターン形成方法。