KR101167319B1 - 패턴 형성 방법, 반도체 장치의 제조 방법 및 노광용마스크 세트 - Google Patents

패턴 형성 방법, 반도체 장치의 제조 방법 및 노광용마스크 세트 Download PDF

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Abstract

본 발명에서는 그레이팅 패턴과 통상 패턴을 포함하는 레지스트 패턴을 정밀도 좋게 형성할 수 있는 패턴 형성 방법을 얻는다.
우선, 2안 조명을 이용하여, 그레이팅 패턴 형성 영역만을 실질적인 노광 대상으로 하는 제 1 노광 처리를 실행한다. 다음에, 통상 패턴 형성 영역만을 실질적인 노광 대상으로 하는 제 2 노광 처리를 실행한다. 그 후, 현상 처리를 행하여, 레지스트 패턴을 얻는다. 상기 제 1 노광 처리용 마스크에 있어서, 통상 패턴 형성 영역에 대응하는 통상 패턴용 마스크부는 전면이 차광 패턴으로 형성되고, 제 2 노광 처리용 마스크에 있어서, 그레이팅 패턴 형성 영역에 대응하는 그레이팅 패턴용 마스크부는 전면이 차광 패턴으로 형성된다.

Description

패턴 형성 방법, 반도체 장치의 제조 방법 및 노광용 마스크 세트{PATTERN FORMING METHOD, SEMICONDUCTOR DEVICE MANUFACTURING METHOD AND EXPOSURE MASK SET}
도 1은 본 발명의 실시예 1인 패턴 형성 방법을 나타내는 흐름도이다.
도 2는 최종 가공 목적하는 레지스트 패턴의 평면 형상을 나타내는 설명도이다.
도 3은 제 1 노광 처리에서 이용하는 2안 조명용의 조명계 조리개의 구조를 나타내는 설명도이다.
도 4는 제 1 노광 처리에 있어서의 광학 간섭 조건 설명용의 설명도이다.
도 5는 제 1 노광 처리에 있어서 이용되는 HT 마스크의 평면 형상을 나타내는 설명도이다.
도 6은 제 2 노광 처리에서 이용하는 2/3 고리형 조명용의 조명계 조리개의 구조를 나타내는 설명도이다.
도 7은 제 2 노광 처리에 있어서 이용되는 HT 마스크의 평면 형상을 나타내는 설명도이다.
도 8은 제 1 노광 처리가 제 2 노광 처리에 대하여 오른쪽 경사 아래에 마스크의 중첩이 어긋난 경우의 레지스트 패턴 형성 상태를 나타내는 설명도이다.
도 9는 제 1 노광 처리가 제 2 노광 처리에 대하여 왼쪽 경사 아래에 마스크의 중첩이 어긋난 경우의 레지스트 패턴 형성 상태를 나타내는 설명도이다.
도 10은 그레이팅 패턴만을 대상으로 한 가상 레지스트 패턴의 평면 구조를 나타내는 설명도이다.
도 11은 도 10에서 나타낸 선단부 후퇴 현상을 고려한 경우에 상정되는 레지스트 패턴의 평면 구조를 나타내는 설명도이다.
도 12는 실시예 2의 제 2 노광 처리에 이용되는 HT 마스크의 평면 구조를 나타내는 설명도이다.
도 13은 실시예 2에 따른 패턴 형성 방법에 의해 얻어진 레지스트 패턴을 나타내는 설명도이다.
도 14는 실시예 2에 따른 패턴 형성 방법에 의해 얻어진 레지스트 패턴을 나타내는 설명도이다.
도 15는 실시예 2의 패턴 형성 방법에 의한 레지스트 패턴 형성예를 나타내는 설명도이다.
도 16은 도 15에서 나타낸 레지스트 패턴을 얻기 위한 제 1 노광 처리용의 HT 마스크를 나타내는 설명도이다.
도 17은 도 15에서 나타낸 레지스트 패턴을 얻기 위한 제 2 노광 처리용의 HT 마스크를 나타내는 설명도이다.
도 18은 도 15에서 나타낸 레지스트 패턴을 소망의 패턴으로서 실시예 2에 따른 패턴 형성 방법에 의해 얻어진 레지스트 패턴을 나타내는 설명도이다.
도 19는 실시예 2에 따른 패턴 형성 방법에 의해 얻어진 레지스트 패턴을 나타내는 설명도이다.
도 20은 실시예 2에 따른 패턴 형성 방법에 의해 얻어진 레지스트 패턴을 나타내는 설명도이다.
도 21은 실시예 3의 제 1 노광 처리에서 이용하는 트리톤 마스크(tritone mask)의 평면 구조를 나타내는 설명도이다.
도 22는 실시예 3의 제 2 노광 처리에서 이용하는 트리톤 마스크의 평면 구조를 나타내는 설명도이다.
도 23은 실시예 3에 따른 패턴 형성 방법에 의해 얻어진 레지스트 패턴의 평면 구조를 나타내는 설명도이다.
도 24는 실시예 3의 제 2 형태에 있어서의 제 2 노광 처리에서 이용하는 트리톤 마스크를 나타내는 설명도이다.
도 25는 실시예 3의 제 3 형태에 있어서의 제 1 노광 처리에서 이용하는 트리톤 마스크를 나타내는 설명도이다.
도 26은 실시예 3의 제 1 형태에 의한 패턴 형성 방법에 의해 얻어진 레지스트 패턴의 접속부 영역의 광학 시뮬레이션 결과를 나타내는 설명도이다.
도 27은 실시예 3의 제 2 형태에 의한 패턴 형성 방법에 의해 얻어진 레지스트 패턴의 접속부 영역의 광학 시뮬레이션 결과를 나타내는 설명도이다.
도 28은 실시예 3의 제 3 형태에 의한 패턴 형성 방법에 의해 얻어진 레지스트 패턴의 접속부 영역의 광학 시뮬레이션 결과를 나타내는 설명도이다.
도 29는 실시예 3의 제 4 형태에 있어서의 제 1 노광 처리에서 이용하는 트리톤 마스크를 나타내는 설명도이다.
도 30은 실시예 4에 따른 복수의 웨이퍼에 대하여 실행하는 노광 방법을 나타내는 흐름도이다.
도 31은 제 2 노광 처리에서 이용하는 다른 조명계 조리개의 구조를 나타내는 설명도이다.
도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명
1～4, 6 : HT 마스크 11～14 : 라인 패턴
15～19 : 트리톤 마스크 15a～19a : HT 마스크부
15b～19b : 완전 차광부 21 : 임의 패턴
22, 24 : 패드 패턴 23 : 배선 패턴
41, 43, 44, 46, 51～55, 81～85 : 차광 패턴
56, 86 : 축소 차광 패턴 42, 45 : 투과 패턴
100 : 그레이팅 패턴 101 : 통상 패턴
본 발명은 패턴 형성 방법에 관한 것으로, 특히, 반도체 장치의 제조 프로세 스에 있어서의 리소그래피 공정에서, 미세 패턴인 그레이팅 패턴과 임의 형상의 패턴이 공존하는 레지스트 패턴의 형성 방법에 관한 것이다.
최근, 반도체 회로 패턴의 미세화는, 광 리소그래피 기술의 진전에 의한 바가 크고, 그것은 주로 노광 광원의 단파장화에 의해 초래되어 왔다. 그러나, 노광 장치의 가격의 고등(高騰) 때문에 단파장화 이외의 방법에 의한 패턴의 미세화의 검토가 다방면으로 진행되고 있다. 예컨대, 스캐너형 노광 기술에 의한 렌즈의 대구경화, 변형 조명 기술, 초해상 마스크 기술 등의 진전에 의해, 현재는 노광 파장을 유지한 채로 가공 치수를 미세화하는 경향이 있고, 0.18㎛(180㎚) 세대로부터는 가공 치수가 노광 파장(KrF 엑시머레이저 :248㎚)을 하회하도록 역전 현상이 나오고 있었다.
노광시에 이용되는 광의 파장 이하의 미세 패턴을 형성하기 위한 기술로서, 하프톤 위상 시프트 마스크, 위상 시프트 마스크, 변형 조명 기술의 이용이 잘 알려져 있다. 마스크를 이용한 기술이란, 예컨대, 마스크 상에 노광 파장의 광의 위상을 반전시키는 부분을 만들어, 광 간섭 효과로 결상면에서의 광학 강도의 콘트라스트를 높이는, 특수한 마스크를 이용하는 기술이다.
또한, 변형 조명 기술에서는 마스크 상에 디자인되어 있는 복잡한 회로 패턴의 치수 및 이차원 형상에 대하여, 모든 패턴을 안정하게 형성할 수 있는 조명 형상으로 최적화하여, 마스크면을 조명하고, 결상면에서 모든 패턴의 광학 강도 콘트라스트를 높이는 조명 형상이 이용되고 있다.
예컨대, 미세한 라인과 공간이 교대로 반복한 격자 형상의 패턴(그레이팅 패 턴(반복 패턴))과, 이 그레이팅 패턴과 일부가 연접하여 마련되고, 상기 그레이팅 패턴보다 패턴의 가공 치수가 큰 패턴(통상 패턴)을 포함하는 미세 회로 패턴이 존재하는 경우, 이 미세 회로 패턴에 대하여 양호한 광학 콘트라스트를 얻는 조명 형상이 최적화되어 왔다.
전형적인 예로서는, 조명 광학계의 중앙을 원형으로 차광한 고리형 조명이 있고, 이 고리형 조명에서는 외측의 외윤곽 반경(외경 R1)과 내윤곽 반경(내경 R2)을 최적화하는 등의 수법이 취해져 왔다. 또한, 4안 조명도, 4개소의 개구 부분의 크기를 최적화하는 것이 이루어져 왔다.
또한, 특허문헌 1에 기재된 바와 같이 노광 파장보다 가는 배선 부분만을 위상 시프트 마스크를 이용하여 형성하고, 그 밖의 부분은 통상의 마스크로 형성하는 2회의 노광에 의한 미세 회로 패턴 형성도 실용화되고 있다.
또, 2회 노광 등의 복수회 노광에 의한 미세 회로 패턴의 형성을 개시한 문헌으로서, 특허문헌 2 또는 특허문헌 3이 존재한다. 특허문헌 2에는 통상의 축소 투영 노광기와 다른 장치를 이용한 2개의 빔에 의한 2광속 간섭 노광을 행하는 미세 패턴을 가공하고 있는 기술이 개시되어 있다. 또한, 특허문헌 1, 3, 6, 7, 8, 9에는 통상 노광과, 미세 고립 배선 패턴(게이트 패턴) 또는 미세 주기 패턴 노광을 현상 공정을 거치지 않고 실행하고, 그 때, 상기 미세 고립 배선 패턴 또는 주기 패턴 노광을 위상을 반전한 100% 투과부가 인접하는 레벤손형 위상 시프트 마스크(Alternative Phase Shift Mask)를 이용하여 실행하는 방법이 개시되어 있다. 또한, 특허문헌 4, 특허문헌 5에서는, 2안 조명을 이용하여 주기 패턴을 형성하고, 통상 패턴으로 주기 패턴중의 일부 배선 이외를 노광에 의해 소거하여 고립 패턴을 형성하는 방법이 개시되어 있다.
[특허문헌 1] 미국 특허 제 5858580호 공보
[특허문헌 2] 미국 특허 제 5415835호 공보
[특허문헌 3] 일본 특허 공개 2000-349010호 공보
[특허문헌 4] 국제 공개 제 99/65066호 팜플렛
[특허문헌 5] 일본 특허 공개 2000-21718호 공보
[특허문헌 6] 미국 특허 제 6228539호 공보
[특허문헌 7] 미국 특허 제 6258493호 공보
[특허문헌 8] 미국 특허 제 6566023호 공보
[특허문헌 9] 미국 특허 공개 특허 2004-197680호 공보
광학적 해상력을 나타내는 레일리의 식을 이하에 식(1)로서 나타낸다.
R=k1?(λ/NA) … (1)
또, 상기 식(1)에 있어서, R는 패턴 해상도, λ는 노광 파장, NA는 렌즈 개구수이고, k1은 프로세스 팩터이다.
여기서, 프로세스 팩터 k1이 「0.3」을 하회하는 그레이팅 패턴과, 미리 미세한 고립 공간 등의 임의의 패턴을 갖고, 프로세스 팩터 k1이 「0.5」 레벨의 통상 패턴을 포함하는 미세 회로 패턴용의 레지스트 패턴을 패터닝하는 것을 상정한 다. 이 미세 회로 패턴용의 레지스트 패턴에서는, 그레이팅 패턴과 통상 패턴이 연속적으로 연결된 패턴으로서 요구되는 경우도 있다.
먼저 설명한 종래 기술에서는, 조명 형상을 어떻게 최적화하더라도 상기 미세 회로 패턴을 안정하게 해상하는 것이 어렵다. 예컨대, ArF 파장(193㎚)으로 NA를「0?85」로 한 경우, 그레이팅 패턴이 65㎚L/S의 경우는 프로세스 팩터 k1은 「0.28」로 된다. 이 경우, 프로세스 팩터 k1이 「0.3」을 하회하는 특성을 갖는 위상 시프트 마스크 기술을 이용하여도, 이 미세한 그레이팅 패턴과 프로세스 팩터 k1이 「0.5」 레벨의 임의의 회로 패턴인 통상 패턴으로 이루어지는 미세 회로 패턴을 쌍방 모두 정밀도 좋게 가공하는 것은 지극히 곤란했다.
왜냐하면, 그레이팅 패턴에 적합한 위상 시프트 마스크를 이용한 경우, 패턴의 임의성으로부터 필연적으로 발생하는 위상 시프트 마스크의 원리에 관계하는 위상 부정합이 발생하기 때문에, 통상 패턴측에 의도하지 않는 불필요 패턴이 잔존해 버리는 불량이 발생하기 때문이다. 이것을 피하기 위해서, 일반적으로 네거티브형 레지스트를 사용하지만, ArF 파장용으로 해상 특성이 좋은 레지스트 재료가 없고, 존재해도 회로의 구성상 필연적으로 발생하는 동 위상간의 해상력이 부족하기 때문이다.
본 발명에서는 프로세스 팩터 k1이 「0.3」을 하회하는 그레이팅 패턴과, 프로세스 팩터 k1이 「0.5」 레벨의 통상 패턴을 포함하는 미세 회로 패턴을 정밀도 좋게 형성할 수 있는 패턴 형성 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 발명에 따른 청구항 1에 기재된 패턴 형성 방법은, 소정의 기판 상에 형성된 레지스트에 대한 패턴 형성 방법으로서, 상기 레지스트는 서로 인접한 패터닝 대상의 제 1 및 제 2 영역을 갖고, (a) 2안 조명을 이용하여, 라인 패턴과 공간 패턴이 교대로 반복한 격자 형상의 패턴인 그레이팅 패턴을 갖는 제 1 노광용 마스크에 의한 제 1 노광 처리를 실질적으로 상기 레지스트의 상기 제 1 영역에 대하여 실행하는 단계와, (b) 상기 그레이팅 패턴을 제외하는 패턴인 통상 패턴을 갖는 제 2 노광용 마스크에 의한 제 2 노광 처리를 실질적으로 상기 레지스트의 상기 제 2 영역에 대하여 실행하는 단계를 구비하고, 상기 통상 패턴의 적어도 일부는 상기 그레이팅 패턴과 연접하는 접속용 패턴을 포함하며, (c) 상기 단계 (a), (b) 후의 레지스트에 대하여 현상 처리를 하는 단계를 더 구비하고 있다.
(실시예 1)
(전반 공정)
도 1은 본 발명의 실시예 1인 패턴 형성 방법을 나타내는 흐름도이다. 이하, 동 도면을 참조하여 실시예 1의 패턴 형성 방법의 개요를 설명한다.
우선, 단계 S1에서, 소정의 기판 상에 레지스트를 도포한다. 여기서 말하는 소정의 기판이란, 실리콘 웨이퍼 상에 폴리실리콘, 텅스텐, 실리콘 산화막, 실리콘 질화막, 알루미늄 등의 피(被)패턴 형성막이 형성된 기판 또는 기판 그 자체를 의미한다.
또한, 레지스트의 도포 내용으로서는, 예컨대, 상기 소정의 기판 상에 유기 반사 방지막을 막두께 78㎚ 정도를 성막하고, 이 유기 반사 방지막 상에 메타크릴계 화학 증폭 포지티브형 레지스트를 막두께 180㎚ 정도 도포하는 것 등이 생각된다.
도 2는 최종 가공 목적으로 하는 레지스트 패턴(소망 패턴)의 평면 형상을 나타내는 설명도이다.
동 도면에 도시하는 바와 같이, 소망 패턴은, 그레이팅 패턴(100)이 형성되는 그레이팅 패턴 형성 영역 A1(제 1 영역)과 통상 패턴(101)이 형성되는 통상 패턴 형성 영역 A2(제 2 영역)를 서로 인접시키면서 분리 형성하고, 또한, 양 영역 A1, A2의 인접 영역인 접속부 영역 A3에 있어서, 그레이팅 패턴(100)의 일부와 통상 패턴(101)의 일부가 연결되어 있는 평면 형상을 나타내고 있다.
도 2에 있어서, 그레이팅 패턴(100)으로서 격자 형상으로 배열되는 라인 패턴(11～14)이 도시되고, 통상 패턴(101)으로서 임의로 배치되는 패턴(21～24)(21:임의 패턴, 22, 24 : 패드 패턴, 23 : 배선 패턴)이 도시되어 있고, 라인 패턴(12)과 배선 패턴(23)이 연결되고, 라인 패턴(14)과 패드 패턴(24)이 연결되어 있다. 또, 본 명세서에 있어서, 「통상 패턴」은 그레이팅 패턴 이외의 패턴을 의미한다.
그 후, 단계 S2에 있어서, 노광전의 가열 처리(소프트베이크(soft bake))를 한다. 이 소프트베이크는, 예컨대, 온도 110℃ 정도로 60초간 정도 실행한다.
다음에, 단계 S3에 있어서, 그레이팅 패턴 형성 영역 A1만을 실질적인 노광 대상으로 하는 제 1 노광 처리를 실행한다. 이 제 1 노광 처리에서는, 노광 광원 으로서, ArF 엑시머 레이저(파장 193㎚)를 사용한다. 또, 제 1 노광 처리의 상세에 대해서는 후술한다.
다음에, 단계 S4에 있어서, 통상 패턴 형성 영역 A2만을 실질적인 노광 대상으로 하는 제 2 노광 처리를 실행한다. 이 제 2 노광 처리에서는, 노광 광원으로서, ArF 엑시머 레이저(파장 193㎚)를 사용한다. 또, 제 2 노광 처리의 상세에 대해서는 후술한다.
그리고, 단계 S5에 있어서, 노광후의 가열 처리(PEB(Post Exposure Bake) 또는 노광 후 베이크)를 행한다. 당해 가열 처리는, 예컨대, 온도 125℃ 정도에서 60초 정도 행한다.
그 후, 단계 S6에서, 현상 처리를 행하고, 레지스트를 패터닝한다. 현상 처리에는, 현상액으로서, 테트라메틸암모늄히드록사이드의 2.38wt% 수용액을 사용할 수 있다. 그 결과, 상기 소망의 패턴으로 레지스트가 패터닝된다. 또, 현상 후, 수분을 건조시키기 위해, 예컨대 115℃ 정도의 온도하에서, 대략 60초간 가열 처리를 한다.
(제 1 노광 처리)
제 1 노광 처리에 있어서 사용되는 방사선으로서는, 예컨대, ArF 엑시머 레이저(파장 193㎚)가 있다. 제 1 노광 처리의 조명 수단으로서 2안 조명을 이용한다.
도 3은 제 1 노광 처리에서 이용하는 2안 조명용의 조명계 조리개의 구조를 나타내는 설명도이다. 동 도면에 도시하는 바와 같이, 조명 조리개(31)에는 2개의 개구부(32)가 마련되어 있기 때문에, 조명계 조리개(31)를 이용한 2안 조명을 사용함으로써, 0차 회절광과 1차 회절광의 2광속 간섭 노광이 가능해진다. 또, 2개의 개구부(32)는 그레이팅 패턴의 라인, 공간의 반복 방향을 따라 배치된다. 즉, 도 2와 같이, 그레이팅 패턴(100)의 라인, 공간의 반복 방향이 도면 중의 세로 방향(가로 줄무늬 모양)인 경우, 도 3에 도시하는 바와 같이, 개구부(32)가 상하로 배치된다.
도 4는 제 1 노광 처리에 있어서의 광학 간섭 조건 설명용의 설명도이다. 이하, 도 4를 참조하여, (λ/P)에 대한 결정 방법을 설명한다. 도 4에서는, 그레이팅 패턴(100)을 형성하는 차광 패턴(34)이 유리기판(33) 상에 형성된 HT(하프톤 위상 시프트) 마스크(35)에 노광광(36)이 입사하여, 회절하고 있는 모양을 나타내고 있다. 또, 도 4에서는 노광광(36)의 회절후의 상태를 노광광(37)으로서 나타내고 있다.
이러한 상황에 있어서, 노광광(36)과 노광광(37)의 광로차 Δ는 다음 식(2)에 의해 표현된다.
Δ=d1+d2=P?(sinθi+sinθd)=λ … (2)
상기 식(2)에 있어서, P는 그레이팅 패턴의 피치이며, θi는 입사각, θd는 회절각이다. 또한, 상술한 바와 같이, λ은 노광 파장이며, 이 식(2)에 의해, (λ/P)=sinθi+sinθd로 되는 경우가 이상적인 광학 간섭 조건으로 된다.
여기서, λ=193㎚, NA=0.85, P=130㎚(공간과 라인이 65㎚ 피치로 배열되어 있는 그레이팅 패턴), 및 iNA=0.81의 조건인 경우에, 이너시그마 σin 및 아우터시그마 σout는, 상기 식(2)으로 얻어진 (λ/P)를 이용하고, 이하의 식(3), 식(4)를 적용함으로써 얻을 수 있다. 또, iNA는 노광기의 조명 개구수이며, NA는 투영 렌즈의 개구수이다.
σin={(λ/P)-NA}/NA … (3)
σout=iNA/NA … (4)
그 결과, 이너시그마 σin은 「0.75」, 아우터시그마 σout는 「0.95」로서 얻을 수 있고, 도 3에 나타내는 개구부(32)의 이너시그마 σin 및 아우터시그마 σout가 설정된다.
또한, 도 3에 나타내는 2안 조명용의 조명계 조리개(31)의 개구부(32)의 원호의 절출 각도를 크게 하면, 콘트라스트가 열화하지만, 조도는 향상한다. 따라서, 당해 절출 각도는, 양자의 트레이드오프의 관계에 의해 최적값이 선택된다.
또한, 도 3에서 나타낸 개구부(32)의 형상은 일례이며, 상기 광학 간섭 조건을 만족시키는 것이면, 다른 형상이더라도 좋다.
도 5는 제 1 노광 처리에 있어서 이용되는 HT 마스크의 평면 형상을 나타내는 설명도이다. 동 도면에 도시하는 바와 같이, 제 1 노광용 마스크인 HT 마스크(1)는, 그레이팅 패턴 형성 영역 A1에 대응하는 그레이팅 패턴용 마스크부 M1(제 1 마스크부)에 있어서, 차광 패턴(41), 투과 패턴(42)이 교대로 형성되고, 통상 패턴 형성 영역 A2에 대응하는 통상 패턴용 마스크부 M2(제 2 마스크부)는 전면이 차광 패턴(43)으로 형성된다. 상술한 차광 패턴(41)이 도 2의 라인 패턴(11～14)의 형 성용으로 마련된 패턴이다. 또, HT 마스크(1)에 있어서의 차광 패턴(41, 43)의 투과율은 6%이다.
이하, HT(하프톤 위상 시프트) 마스크에 대하여 설명한다. HT 마스크는, 노광에 기여하는 강도의 광을 투과시키는 투과부(투과 패턴(42)에 상당)와, 6% 정도의 투과율을 갖고 또한 투과하는 광의 위상을 반전시키는 차광부(차광 패턴(41)에 상당)로 구성되는 마스크이다. 이러한 HT 마스크를 사용한 노광 기술을 채용함으로써, 결상면에서의 콘트라스트를 향상시킬 수 있다.
이와 같이, 상술한 2안 조명으로 HT 마스크(1)를 이용한 노광에 의해서, 그레이팅 패턴 형성 영역 A1만을 실질적인 노광 대상으로 하여 제 1 노광 처리가 실행된다.
(제 2 노광 처리)
도 6은 제 2 노광 처리에서 이용하는 2/3 고리형 조명용의 조명계 조리개의 구조를 나타내는 설명도이다. 동 도면에 도시하는 바와 같이, 조명계 조리개(38)는 고리형의 개구부(39)를 갖고, 중심으로부터 개구부(39)까지의 내경 R1과, 중심으로부터 개구부(39)까지의 외경 R2의 비가 2:3로 설정되어 있기 때문에, 이 조명계 조리개(38)를 이용하는 것에 의해 2/3 고리형 조명이 실현된다. 그리고, 개구수 NA는 「0.85」로 설정된다. 또, 제 2 노광 처리에서의 노광 조건은 광조사량, 초점 위치 등을 각각에 대하여 최적화시킨다.
도 7은 제 2 노광 처리에서 이용되는 HT 마스크의 평면 형상을 나타내는 설 명도이다. 동 도면에 도시하는 바와 같이, 제 2 노광용 마스크인 HT 마스크(2)는, 그레이팅 패턴용 마스크부 M1은 전면에 차광 패턴(55)이 형성되고, 통상 패턴용 마스크부 M2는 차광 패턴(51～54)이 형성된다. 통상 패턴용 마스크부 M2에 있어서 차광 패턴(51～54)이 형성되어 있지 않은 영역이 투과 영역으로 된다. 또, 차광 패턴(51～54)은 도 2에서 나타낸 통상 패턴(101)의 패턴(21～24)의 형성용으로 마련된 패턴이다.
이와 같이, 상술한 2/3 고리형 조명에서 HT 마스크(2)를 이용한 노광에 의해서, 통상 패턴 형성 영역 A2만을 실질적인 노광 대상으로 하여 제 2 노광 처리가 실행된다.
따라서, 실시예 1에서는, 제 1 노광용 마스크인 HT 마스크(1)와 제 2 노광용 마스크인 HT 마스크(2)에 의해 구성되는 노광용 마스크 세트를 이용하여, 그레이팅 패턴(100) 및 통상 패턴(101)으로 이루어지는 패턴 형성을 레지스트에 대하여 정밀도 좋게 실행할 수 있다.
(효과)
상술한 바와 같이, 실시예 1의 패턴 형성 방법에 의해, 도 2에 나타내는 소망 패턴을 얻을 수 있다. 실시예 1의 패턴 형성 방법에 의해 얻어진 레지스트 패턴을 전자현미경으로 패턴 관찰한 바, 도 2에 나타낸 소망 패턴과 마찬가지로, 65㎚L/S의 그레이팅 패턴을 포함하고 통상 패턴인 주변 회로 패턴과 연속한 패턴이 해상하고 있었던 것이 확인되었다.
이상과 같이, 실시예 1에 따른 패턴 형성 방법에서는, 그레이팅 패턴 형성용의 제 1 노광 처리는, 그레이팅 패턴 형성 영역 A1만을 실질적인 노광 대상으로 하여, 미세한(예컨대, 프로세스 팩터 k1이 0.3 이하) 패턴의 노광에 적합한 2안 조명을 사용하고 있다. 또한, 통상 패턴 형성용의 제 2 노광 처리는, 통상 패턴 형성 영역 A2만을 실질적인 노광 대상으로 하여, 통상 패턴의 노광에 적합한 고리형 조명 등의 등방성 조명을 사용하고 있다. 즉, 2회의 노광 처리에 의해, 도 2에 도시하는 소망 패턴을 얻기 위한 최적의 노광 처리를 행하고 있다.
따라서, 프로세스 팩터 k1의 값이 0.3 이하 레벨의 그레이팅 패턴과, 프로세스 팩터 k1이 0.5 레벨의 통상 패턴이 공존하는 회로 패턴용 레지스트 패턴을 정밀도 좋게 얻을 수 있다.
따라서, 그레이팅 패턴과 통상 패턴이 분리 형성되고, 또한 연접하는, 회로 패턴의 정밀도가 좋은 형성이 가능해지기 때문에, 여러가지 변형의 패턴 형상을 갖는 회로 패턴을 설계 가능해진다.
또한, 실시예 1의 패턴 형성 방법에 있어서는, 제 1 노광 처리시에 통상 패턴용 마스크부 M2의 전면에 차광 패턴(43)을 마련하고, 제 2 노광 처리시에 그레이팅 패턴용 마스크부 M1의 전면에 차광 패턴(55)을 마련하는 것에 의해, 제 1 노광 처리시에는 그레이팅 패턴 형성 영역 A1에 대해서만 노광이 실행되고, 제 2 노광 처리시에는 통상 패턴 형성 영역 A2에 대해서만 노광이 실행되기 때문에, 그레이팅 패턴 형성 영역 A1 및 통상 패턴 형성 영역 A2에 형성되는 그레이팅 패턴(100) 및 통상 패턴(101) 각각에 가장 적합한 노광을 할 수 있다.
또, 실시예 1에 따른 패턴 형성 방법은, 기존의 노광 장치 등을 사용하기 때문에, 예컨대, 제 1 및 제 2 노광 처리의 실시에 당하여 새로운 노광 장치 등을 별도 도입할 필요도 없고, 제조 비용의 증대를 효과적으로 방지할 수 있다.
또, 제 1 노광 처리와 제 2 노광 처리의 순서는 상기와 반대라도 좋다. 즉, 제 2 노광 처리의 후에, 제 1 노광 처리를 하더라도 좋다.
또한, 상기 실시예 1에서는, 제 2 노광 처리는 한 번의 노광 공정에 의해, 통상 패턴을 레지스트에 노광하는 경우에 대하여 언급했다. 그러나, 2회 이상의 부분 노광 공정으로 이루어지는 제 2 노광 처리에 의해, 통상 패턴을 레지스트에 노광하더라도 좋다. 당해 부분 노광 공정의 회수는, 예컨대 통상 패턴의 형상에 따라 임의로 선택된다.
또한, 제 2 노광 처리에 있어서, 복수회의 부분 노광 공정을 실시하는 경우에는, 각 부분 노광 공정에서, 광조사량 및 노광 초점 위치를 최적화할 수 있는 것은 물론이다. 또, 상술한 바와 같이, 제 1 노광 처리에 있어서도, 광조사량 및 노광 초점 위치를 최적화할 수 있다.
따라서, 제 2 노광 처리가 복수의 부분 노광 공정에서 실현되는 경우에 있어서도, 각 부분 노광 공정에서 형성되는 각 패턴마다, 적정한 노광 조건을 설정할 수 있으므로, 도 2에서 나타낸 바와 같은 소망 패턴을 얻기 때문에, 패턴 전체의 해상도도 향상시킬 수 있다.
(변형예)
또, 실시예 1에서는, 라인, 공간의 반복 방향이 1 방향만의 그레이팅 패턴과 통상 패턴을 갖는 패턴 형성 방법에 대하여 설명했다. 변형예로서, 그레이팅 패턴(라인, 공간)의 반복 방향이 2 방향(서로 직교하는 제 1 및 제 2 반복 방향) 존재하는 경우, 즉, 그레이팅 패턴으로서, 상기 제 1 반복 방향을 따라 라인, 공간이 교대로 반복되는 제 1 부분 그레이팅 패턴과, 상기 제 2 반복 방향을 따라 라인, 공간이 교대로 반복되는 제 2 부분 그레이팅 패턴이 영역 분리하여 각각 존재하는 경우의 노광을 상정한다.
이 경우, 도 3에서 나타낸 2안 조명의 조리개를 90도 회전시켜 행함으로써, 상기 제 1 및 제 2 부분 그레이팅 패턴 형성시의 2안 조명의 조명 조건을 변경하는 방법이 유효하다. 즉, 이하의 공정에 의한 레지스트에 대한 패턴 형성 방법이 생각된다.
우선, 그레이팅 패턴용의 제 1 노광 처리의 제 1 단계로서, 제 1 부분 그레이팅 패턴을 갖는 제 1 부분 그레이팅 패턴용 마스크를 이용하여, 2개의 개구부(32)가 상기 제 1 반복 방향을 따라 배치되는 2안 조명의 조리개에 의한 제 1 조명 조건하에서 노광 처리를 실행한다.
다음에, 그레이팅 패턴용의 제 1 노광 처리의 제 2 단계로서, 제 2 부분 그레이팅 패턴을 갖는 제 2 부분 그레이팅 패턴용 마스크를 이용하여, 2개의 개구부(32)가 상기 제 2 반복 방향을 따라 배치되는 2안 조명의 조리개에 의한 제 2 조명 조건하에서 노광 처리를 실행한다.
그리고, 제 2 노광 처리의 단계로서, 그레이팅 패턴과의 접속 부분을 갖는 통상 패턴을 갖는 노광용 마스크를 이용하여, 고리형 조명 등의 등방성 조명을 사용한 제 3 조명 조건하에서 노광 처리를 실행한다.
최후에, 상기 제 1 노광 처리의 제 1 및 제 2 단계 및 제 2 노광 처리의 단계의 후에, 레지스트를 현상한다.
이와 같이, 제 1 및 제 2 부분 그레이팅 패턴에 대하여 2안 조명의 조리개 내용을 바꾼 다른 조명 조건하에서 노광을 하는 것에 의해, 제 1 및 제 2 노광 처리에 최적의 조명 조건을 설정할 수 있기 때문에, 종횡 쌍방에 프로세스 팩터 k1의 값이 0.3 이하인 그레이팅 패턴(제 1 및 제 2 부분 그레이팅 패턴)을 포함하는 미세 패턴을 정밀도 좋게 형성할 수 있는 효과를 나타낸다.
(실시예 2)
(전제)
실시예 1의 패턴 형성 방법에 의해서 최종적으로 얻어진 그레이팅 패턴은 제 1 노광 처리 직후의 레지스트 패턴보다 가늘게 마무리되어 있고, 레지스트 형상도 수직성의 열화가 발견되었다. 이것은, 제 2 노광 처리시의 하프톤 투과광(차광 패턴(55)을 투과하는 광)의 피복의 영향이라고 생각된다. 또한, 이것에 따라 제 1 노광 처리시의 마스크와 제 2 노광 처리시의 마스크의 합성 광학 이미지의 콘트라스트가 열화하기 때문에, 라인 에지 러프니스(line edge roughness)(배선의 직진성)의 열화도 보였다. 상기 열화의 개선을 도모한 것이 실시예 2이다.
(전반 공정)
전반 공정은 단계 S4의 제 2 노광 처리 내용을 제외하고, 도 1에서 나타낸 실시예 1과 마찬가지로 행하여진다.
(제 문제의 검토)
도 8은 제 1 노광 처리가 제 2 노광 처리에 대하여 오른쪽 경사 아래에 마스크의 중첩이 어긋난 경우의 레지스트 패턴 형성 상태를 나타내는 설명도이다. 동 도면에 도시하는 바와 같이, 그레이팅 패턴(100)과 통상 패턴(101) 사이에 불필요 패턴(10)이 형성되고, 이 불필요 패턴(10)에 의해, 라인 패턴(11～14)과 배선 패턴(23, 24)이 연결되어 버린다. 이 때, 라인 패턴(11)과 라인 패턴(12)(배선 패턴(23))이 다른 전위로 설정되어 있으면 이 전위 사이에서 단락되어 버리는 불량이 발생한다.
도 9는 제 1 노광 처리가 제 2 노광 처리에 대하여 왼쪽 경사 아래에 마스크의 중첩이 어긋난 경우의 레지스트 패턴 형성 상태를 나타내는 설명도이다. 동 도면에 도시하는 바와 같이, 원래이면 이을 필요가 없는 라인 패턴(13)과 패드 패턴(24)이 연결되어 버린다고 하는 불량이 발생한다.
도 10은 그레이팅 패턴만을 대상으로 한 가상 레지스트 패턴의 평면 구조를 나타내는 설명도이다. 동 도면에서 나타내는 가상 레지스트 패턴(25)은, 도 5에서 나타낸 HT 마스크(1)를 이용하여 제 1 노광 처리를 한 후에 현상 처리를 하여 얻었다고 가정한 경우의 레지스트 패턴이다. 도 5에 도시하는 바와 같이, 패턴 형상에 기인하는 광학적 원리에 의해, 가상 레지스트 패턴(25)은, 마스크 치수보다도 도 5의 투과 패턴(42)에 대응하는 그레이팅 패턴 선단부가 후퇴하여(선단부 후퇴 현상이 생김), 후퇴 잔존 패턴(26)이 남는 것으로 된다.
도 11은 도 10에서 도시한 선단부 후퇴 현상을 고려한 경우에 상정되는 레지스트 패턴의 평면 구조를 나타내는 설명도이다. 동 도면에 도시하는 바와 같이, 후퇴 잔존 패턴(26)에 의해, 라인 패턴(11, 12) 사이, 라인 패턴(12, 13) 사이, 라인 패턴(13, 14) 사이가 연결되고, 라인 패턴(11～13)의 양단에 불필요 전기적 접속 패턴(27, 27)이 여분으로 형성되어 버리고, 또한, 불필요 전기적 접속 패턴(27)은 배선 패턴(23) 및 패드 패턴(24)에도 연결되어 버린다고 하는 불량이 발생한다. 이와 같이, 도 8 및 도 9에서 나타낸 마스크의 중첩이 어긋나지 않더라도, 도 10에서 도시한 선단부 후퇴 현상이 발생하는 경우도 불량이 발생하여 버린다.
(제 2 노광 처리)
실시예 2에서는, 상술한 제 문제를 고려하여, 제 2 노광 처리에서 이용하는 HT 마스크의 개선을 도모하고 있다.
도 12는 실시예 2의 제 2 노광 처리에 이용되는 HT 마스크의 평면 구조를 나타내는 설명도이다.
동 도면에 도시하는 바와 같이, 제 2 노광용 마스크인 HT 마스크(4)에 있어서는, 그레이팅 패턴용 마스크부 M1에 있어서, 도 7에서 나타낸 HT 마스크(2)의 차광 패턴(55)에 비교하여, 양단으로부터 소정량 C 짧게 한 축소 차광 패턴(56)을 형 성하고 있다. 즉, 그레이팅 패턴용 마스크부 M1, 통상 패턴용 마스크부 M2의 경계선 LB2로부터 그레이팅 패턴용 마스크부 M1측에 소정량 C(제 1 소정량) 연장하여 형성되는 연장 영역 E1(제 1 연장 영역)과, 단부선 LB5로부터 내측 소정량 C(제 2 소정량) 연장하여 형성되는 연장 영역 E2(제 2 연장 영역)를 제외하는 그레이팅 패턴용 마스크부 M1의 영역에 축소 차광 패턴(56)이 마련된다.
따라서, 연장 영역 E2는 투과 영역으로 된다. 또, 축소 차광 패턴(56)의 크기를 명확히 하기 위해, 가상적인 라인 패턴(11v～14v)을 점선으로 나타내고 있다. 단부선 LB5는 가상라인 패턴(11v～14v)의 단부 위치에 상당한다.
한편, HT 마스크(4)의 차광 패턴(53)은 도 7에 도시한 HT 마스크(2)의 차광 패턴(53)에 비해, 연장 영역 E1에서 그레이팅 패턴용 마스크부 M1(의 내측) 방향으로 연장한 차광 패턴 연장부(53c)가 여분으로 형성되고, 차광 패턴(54)도 도 7에서 도시한 HT 마스크(2)의 차광 패턴(54)에 비해 연장 영역 E1에 있어서 그레이팅 패턴용 마스크부 M1 방향으로 연장한 차광 패턴 연장부(54c)가 여분으로 형성된다. 즉, 연장 영역 E1에 통상 패턴(101)의 접속 패턴으로 되는 차광 패턴(53) 및 차광 패턴(54)의 연장 부분용 차광 패턴(53c, 54c)이 마련된다.
이와 같이, 실시예 2에 있어서, 제 2 노광 처리에서 이용하는 HT 마스크(4)는, 차광 패턴(53)은, 서로 연접하여 형성되는 차광 패턴 주요부(53m)(HT 마스크(2)의 차광 패턴(53)에 상당) 및 차광 패턴 연장부(53c)로 이루어지고, 차광 패턴(54)은, 서로 연접하여 형성되는 차광 패턴 주요부(54m)(HT 마스크(2)의 차광 패턴(54)에 상당) 및 차광 패턴 연장부(54c)로 이루어진다.
또, 소정량 C는, 상술한 선단부 후퇴 현상에 의한 후퇴량과 중첩 어긋남의 여유도분에 근거하는 양(예컨대, 상기 후퇴량과 중첩 어긋남의 여유도의 단순합)으로 설정된다.
한편, 차광 패턴 연장부(53c, 54c)의 배선폭 LW는 아래와 같이 결정된다. 예컨대, 그레이팅 패턴의 라인 치수를 65㎚으로 한 경우, 중첩 여유 15㎚(도 12에서 나타내는 평면 구조의 상하 방향)과 치수 정밀도 여유 10㎚(마무리 치수 어긋남의 여유)를 단순합으로 더하면, 접속용 패턴의 연장 부분인 차광 패턴(53c) 및(54c)의 배선폭 LW는 115㎚로 된다. 여유도는 단순합으로 계산하는 경우도 있으며 2승 합의 평방근으로 구하는 경우도 있다. 여기서 규정하는 여유를 가진 굵기의 배선의 치수란, 마스크의 디자인 치수가 아니라 노광?현상후의 결과 얻어지는 레지스트 패턴 치수라고 생각하더라도 좋다.
이와 같이, 실시예 1의 HT 마스크(2)로 치환하여, HT 마스크(4)를 이용하여 제 2 노광 처리를 한 것이 실시예 2에 따른 패턴 형성 방법이다.
(효과)
도 13은 실시예 2에 따른 패턴 형성 방법에 의해 얻어진 레지스트 패턴을 나타내는 설명도이다. 도 13에서는, 상술한 선단부 후퇴 현상이 후퇴량 dc1(<C)에서 발생한 경우를 나타내고 있다.
상술한 바와 같이, HT 마스크(4)는, 경계선 LB2로부터 그레이팅 패턴용 마스크부 M1측에 걸쳐서, 소정량 C 축소한 축소 차광 패턴(56) 및 소정량 C 연장한 차 광 패턴 연장부(53c, 54c)가 형성되어 있기 때문에, 차광 패턴 연장부(53c, 54c) 밑에 위치하지 않는 불필요 전기적 접속 패턴(27)(도 11 참조)은 모두 제 2 노광 처리시의 노광으로 소거되어 버린다.
그 결과, 도 13에 도시하는 바와 같이, 그레이팅 패턴 형성 영역 A1과 통상 패턴 형성 영역 A2의 경계인 경계선 LB1로부터 후퇴량 dc1만큼 그레이팅 패턴 형성 영역 A1측에 연장하여 배선 패턴 연장부(23c, 24c)가 형성되기 때문에, 배선 패턴 연장부(23c)를 거쳐서 배선 패턴(23)과 라인 패턴(12)이 연결되고, 배선 패턴 연장부(24c)를 거쳐서 패드 패턴(24)과 라인 패턴(14)이 연결되기 때문에, 상기 선단부 후퇴 현상이 발생한 경우도, 전기적 접속 관계에 있어서 도 2와 등가인 패턴을 얻을 수 있다.
도 14는 실시예 2에 따른 패턴 형성 방법에 의해 얻어진 레지스트 패턴을 나타내는 설명도이다. 도 14에서는 상술한 오른쪽 경사 방향의 마스크 중첩 어긋남 현상이 발생하고, 상기 어긋남 현상에 있어서의 오른쪽 방향(라인 패턴(11)의 형성 방향(제 1 방향))의 어긋남이 어긋남량 dc2(<C)에서 발생한 경우를 나타내고 있다.
상술한 바와 같이, HT 마스크(4)는 축소 차광 패턴(56) 및 차광 패턴 연장부(53c, 54c)가 형성되어 있기 때문에, 차광 패턴 연장부(53c, 54c) 아래에 위치하지 않는 불필요 패턴(10)(도 8 참조)은 모두 제 2 노광 처리시의 노광으로 소거되어 버린다.
그 결과, 도 14에 도시하는 바와 같이, 경계선 LB1로부터 어긋남량 dc2만큼 그레이팅 패턴 형성 영역 A1측에 연장하여 배선 패턴 연장부(23c, 24c)가 형성되기 때문에, 배선 패턴 연장부(23c)를 거쳐서 배선 패턴(23)과 라인 패턴(12)이 연결되고, 배선 패턴 연장부(24c)를 거쳐서 패드 패턴(24)과 라인 패턴(14)이 연결되기 때문에, 오른쪽 경사 방향의 마스크 중첩 어긋남 현상이 발생하더라도, 전기적 접속 관계에 있어서 도 2와 등가인 패턴을 얻을 수 있다.
또한, 차광 패턴 연장부(53c, 54c)의 배선폭 LW는 중첩 여유 및 치수 정밀도 여유를 고려하여, 라인 패턴(11～14)의 형성폭보다 두텁게 형성되어 있기 때문에, 상하 방향(제 2 방향)의 중첩 어긋남이 발생하더라도, 라인 패턴(12)과 배선 패턴 연장부(23c)와, 라인 패턴(14)과 배선 패턴 연장부(24c)를 각각 확실히 연결시킬 수 있다.
이와 같이, 실시예 2의 패턴 형성 방법은, 도 12에서 나타낸 HT 마스크(4)를 이용하여 제 2 노광 처리를 하는 것에 의해, 선단부 후퇴 현상, 마스크 중첩 어긋남 등의 영향이 발생하더라도, 불량이 발생하지 않는 레지스트 패턴을 형성할 수 있다.
도 15는 실시예 2의 패턴 형성 방법에 의한 레지스트 패턴 형성예를 나타내는 설명도이다. 동 도면에 도시하는 바와 같이, 소망의 패턴으로서, 라인 패턴(61～69)으로 이루어지는 그레이팅 패턴(102)과, 패턴(71～75)으로 이루어지는 통상 패턴(103)을 서로 인접하여 형성하고, 배선 패턴(71)과 라인 패턴(63), 배선 패턴(73)과 라인 패턴(66), 배선 패턴(75)과 라인 패턴(68)이 연접되어 있다.
도 16은 도 15에서 나타낸 레지스트 패턴(60)을 얻기 위한 제 1 노광 처리용의 HT 마스크를 나타내는 설명도이다. 동 도면에 도시하는 바와 같이, 제 1 노광 용 마스크인 HT 마스크(3)는, 그레이팅 패턴용 마스크부 M1에 있어서, 차광 패턴(44) 및 투과 패턴(45)이 교대로 형성되고, 통상 패턴용 마스크부 M2에 있어서 전면을 차광하는 차광 패턴(46)이 형성된다.
도 17은 도 15에서 나타낸 레지스트 패턴(60)을 얻기 위한 제 2 노광 처리용의 HT 마스크를 나타내는 설명도이다. 동 도면에 도시하는 바와 같이, 제 2 노광용 마스크인 HT 마스크(6)는, 그레이팅 패턴용 마스크부 M1에 있어서, 그레이팅 패턴용 마스크부 M1의 양단으로부터 각각 소정량 C분 축소한 영역 전면을 차광하는 축소 차광 패턴(86)이 형성되고, 통상 패턴용 마스크부 M2에 있어서, 차광 패턴(81～85)이 형성된다.
차광 패턴(81, 83, 85)은, 그레이팅 패턴용 마스크부 M1과 통상 패턴용 마스크부 M2의 경계선 LB2로부터 소정량 C분, 그레이팅 패턴용 마스크부 M1 방향으로 연장한 차광 패턴 연장부(81c, 83c, 85c)가 각각 여분으로 형성된다. 이 때, 차광 패턴 연장부(81c, 83c, 85c)의 배선폭 LW는 상술한 바와 같이 중첩 여유와 치수 정밀도 여유를 고려한 형성폭으로 형성된다.
도 18은, 도 15에서 나타낸 레지스트 패턴(60)을 소망의 패턴으로서 실시예 2에 따른 패턴 형성 방법에 의해 얻어진 레지스트 패턴을 나타내는 설명도이다. 도 18에서는, 상술한 선단부 후퇴 현상이 후퇴량 dc1(<C)에서 발생한 경우를 나타내고 있다.
상술한 바와 같이, HT 마스크(6)는 경계선 LB2로부터 그레이팅 패턴용 마스크부 M1측에 걸쳐서, 소정량 C 축소한 축소 차광 패턴(86) 및 소정량 C 연장한 차 광 패턴 연장부(81c, 83c, 85c)가 형성되어 있기 때문에, 차광 패턴 연장부(81c, 83c, 85c) 밑에 위치하지 않는 불필요 전기적 접속 패턴(도 11의 불필요 전기적 접속 패턴(27)과 같이 선단부 후퇴 현상에 의해 발생하는 패턴)은 모두 제 2 노광 처리시의 노광으로 소거되어 버린다.
그 결과, 도 18에 도시하는 바와 같이, 그레이팅 패턴 형성 영역 A1과 통상 패턴 형성 영역 A2의 경계인 경계선 LB1로부터 후퇴량 dc1만큼 그레이팅 패턴 형성 영역 A1측에 연장하여 배선 패턴 연장부(71c, 73c, 75c)가 형성되기 때문에 배선 패턴 연장부(71c)를 거쳐서 배선 패턴(71)과 라인 패턴(63)이 연결되고, 배선 패턴 연장부(73c)를 거쳐서 배선 패턴(73)과 라인 패턴(66)이 연결되고, 배선 패턴 연장부(75c)를 거쳐서 배선 패턴(75)과 라인 패턴(68)이 연결된다. 따라서, 상기 선단부 후퇴 현상이 발생해도, 전기적 접속 관계에 있어서 도 15의 레지스트 패턴(60)과 등가인 패턴을 얻을 수 있다.
도 19는 실시예 2에 따른 패턴 형성 방법에 의해 얻어진 레지스트 패턴을 나타내는 설명도이다. 도 19에서는, 오른쪽 경사 방향의 마스크 중첩 어긋남 현상에 의한 오른쪽 방향의 어긋남이 어긋남량 dc2(<C)에서 발생한 경우를 나타내고 있다.
상술한 바와 같이, HT 마스크(6)는 축소 차광 패턴(86) 및 차광 패턴 연장부(81c, 83c, 85c)가 형성되어 있기 때문에, 차광 패턴 연장부(81c, 83c, 85c) 밑에 위치하지 않는 불필요 패턴(도 8의 불필요 패턴(10)에 상당하는 패턴)은 모두 제 2 노광 처리시의 노광으로 소거되어 버린다.
그 결과, 도 19에 도시하는 바와 같이, 경계선 LB1로부터 어긋남량 dc2만큼 그레이팅 패턴 형성 영역 A1측에 연장하여 배선 패턴 연장부(71c, 73c, 75c)가 형성되기 때문에, 배선 패턴 연장부(71c)를 거쳐서 배선 패턴(71)과 라인 패턴(63)이 연결되고, 배선 패턴 연장부(73c)를 거쳐서 배선 패턴(73)과 라인 패턴(66)이 연결되고, 배선 패턴 연장부(75c)를 거쳐서 배선 패턴(75)과 라인 패턴(68)이 연결된다. 따라서, 상기 오른쪽 경사 방향의 마스크 중첩 어긋남 현상이 발생하더라도, 전기적 접속 관계에 있어서 도 15에서 나타낸 레지스트 패턴(60)과 등가인 패턴을 얻을 수 있다.
또한, 차광 패턴 연장부(81c, 83c, 85c)의 배선폭 LW는 중첩 여유 및 치수 정밀도 여유를 고려하여, 라인 패턴(61～69)의 형성폭보다 두텁게 형성되어 있기 때문에, 상하 방향의 중첩 어긋남이 발생하더라도, 라인 패턴(63)과 배선 패턴 연장부(71c)와, 라인 패턴(66)과 배선 패턴 연장부(73c)와, 라인 패턴(68)과 배선 패턴 연장부(75c)를 각각 확실히 연결시킬 수 있다.
도 20은 실시예 2에 따른 패턴 형성 방법에 의해 얻어진 레지스트 패턴을 나타내는 설명도이다. 도 20에서는, 왼쪽 경사 방향의 마스크 중첩 어긋남 현상에 의한 왼쪽 방향의 어긋남이 어긋남량 dc3(<C)에서 발생한 경우를 나타내고 있다.
상술한 바와 같이, HT 마스크(6)는 축소 차광 패턴(86) 및 차광 패턴 연장부(81c, 83c, 85c)가 형성되어 있기 때문에, 차광 패턴 연장부(81c, 83c, 85c) 밑에 위치하지 않는 불필요 패턴(라인 패턴(61, 62, 64, 65, 67, 69)이 경계선 LB1에 여분으로 연장하여 형성되는 패턴)은 모두 제 2 노광 처리시의 노광으로 소거되어 버린다.
또한, 차광 패턴 연장부(81c, 83c, 85c)의 배선폭 LW는 중첩 여유 및 치수 정밀도 여유를 고려하여, 라인 패턴(61～69)의 형성폭보다 두텁게 형성되어 있기 때문에, 상하 방향의 중첩 어긋남이 발생하더라도, 라인 패턴(63)과 배선 패턴(71), 라인 패턴(66)과 배선 패턴(73), 라인 패턴(68)과 배선 패턴(75)을 각각 확실히 연결할 수 있다.
이와 같이, 실시예 2에서는, 제 1 노광용 마스크인 HT 마스크(1, 3)와 제 2 노광용 마스크인 HT 마스크(4, 6)에 의해 구성되는 노광용 마스크 세트를 이용하여, 그레이팅 패턴 및 통상 패턴으로 이루어지는 패턴 형성을 레지스트에 대하여 정밀도 좋게 실행할 수 있다.
(실시예 3)
(전제)
실시예 2에 따른 패턴 형성 방법에 의해 최종적으로 얻어진 그레이팅 패턴은 실시예 1과 마찬가지로, 제 1 노광 처리 직후의 레지스트 패턴보다 가늘게 마무리되고 있고, 레지스트 형상도 수직성의 열화가 보였다. 이것은, 제 2 노광 처리에서 이용한 2개째의 HT 마스크(6)의 하프톤 투과광의 피복의 영향이라고 생각된다. 또한, 이것에 따라, 1개째(제 1 노광 처리시)와 2개째(제 2 노광 처리시)의 마스크의 합성 광학상의 콘트라스트가 열화하기 때문에, 라인 에지 러프니스(배선의 직진성)의 열화도 보였다. 상기 열화의 개선을 도모한 것이 실시예 3이다.
(전반 공정)
전반 공정은, 단계 S3의 제 1 노광 처리의 내용 및 단계 S4의 제 2 노광 처리의 내용을 제외하고, 도 1에서 나타낸 실시예 1과 마찬가지로 행하여진다.
(제 1 노광 처리)
도 21은 실시예 3의 제 1 노광 처리에서 이용하는 트리톤 마스크(15)의 평면 구조를 나타내는 설명도이다.
동 도면에 도시하는 바와 같이, 제 1 노광용 마스크인 트리톤 마스크(15)의 패턴 형상 자체는, 도 5에서 나타낸 실시예 1 및 실시예 2의 제 1 노광 처리용의 HT 마스크(1)와 동일하다. 즉, 트리톤 마스크(15)의 차광 패턴(41), 투과 패턴(42) 및 차광 패턴(43)은 HT 마스크(1)의 차광 패턴(41), 투과 패턴(42) 및 차광 패턴(43)과 동일 형상을 보인다.
단, 트리톤 마스크(15)는 비완전 차광부인 HT 마스크부(15a)와 완전 차광부(15b)의 합성에 의해 형성되어 있는 점이 HT 마스크(1)와 다르다.
HT 마스크부(15a)는, 차광 패턴(41)의 전 형성 영역으로서 형성되고, 또한, 또한, 차광 패턴(43)과 차광 패턴(41)의 경계선 LB3으로부터 시프트량 ΔD1분 연장하여, 차광 패턴(43)의 일부로서도 형성된다.
한편, 완전 차광부(15b)는, 차광 패턴(43)의 전 형성 영역 중, HT 마스크부(15a)의 형성 영역을 제외하는 영역으로서 형성된다. 즉, 완전 차광부(15b)는, 통상 패턴용 마스크부 M2에 있어서, 그레이팅 패턴용 마스크부 M1, 통상 패턴용 마스 크부 M2 간의 경계선 LB2의 근방 영역(경계 근방 영역)을 제외하는 전 영역에 형성된다.
HT 마스크부(15a)는, HT 마스크(1)와 마찬가지로 노광에 기여하는 강도의 광을 투과시키는 투과부(투과 패턴(42) 상당)와, 6% 정도의 투과율을 갖고, 또한 광의 위상을 반전시키는 차광부(차광 패턴(41) 상당)로 구성되는 마스크 부분이다. 한편, 완전 차광부(15b)는, HT 마스크 상당의 차광부 상을 Cr로 더 피복하는 것 등에 의해 광을 완전히 차광하는 마스크 부분이다.
(제 2 노광 처리)
도 22는 실시예 3의 제 2 노광 처리에서 이용하는 트리톤 마스크(16)의 평면 구조를 나타내는 설명도이다.
동 도면에 도시하는 바와 같이, 제 2 노광용 마스크인 트리톤 마스크(16)의 패턴 형상 자체는, 도 12에서 나타낸 실시예 2의 제 2 노광 처리용의 HT 마스크(4)와 동일하다. 즉, 트리톤 마스크(16)의 차광 패턴(51～54, 56)은, HT 마스크(4)의 차광 패턴(51～54, 56)과 동일 형상을 보인다.
단, 트리톤 마스크(16)는 비완전 차광부인 HT 마스크부(16a)와 완전 차광부(16b)의 합성에 의해 형성되어 있는 점이 HT 마스크(4)와 다르다.
HT 마스크부(16a)는, 차광 패턴(51～54)의 전 형성 영역으로서 형성되고, 또한, 축소 차광 패턴(56)과 차광 패턴 연장부(53c), 차광 패턴 연장부(54c)의 경계선 LB4로부터 시프트량 ΔD2분 연장하여, 축소 차광 패턴(56)의 일부로서 형성된 다.
한편, 완전 차광부(16b)는, 축소 차광 패턴(56)의 전 형성 영역 중, HT 마스크부(16a)의 형성 영역을 제외하는 영역으로서 형성된다. 즉, 완전 차광부(16b)는, 그레이팅 패턴용 마스크부 M1에 있어서, 경계선 LB2의 근방 영역을 제외하고 전 영역에 형성된다.
(효과)
도 23은 실시예 3에 따른 패턴 형성 방법에 의해 얻어진 레지스트 패턴의 평면 구조를 나타내는 설명도이다. 이 도 23은 전자현미경으로 관찰한 결과를 모식적으로 나타낸 도면에 상당한다.
동 도면에 도시하는 바와 같이, 65㎚L/S의 그레이팅 패턴(100) 및 통상 패턴(101)이 정밀도 좋게 패터닝되고, 또한, 라인 패턴(12)과 배선 패턴(23), 라인 패턴(14)과 패드 패턴(24)의 접속이 양호하게 행하여지고 있는 것을 알 수 있다. 즉, 실시예 3의 패턴 형성 방법에 의해서 얻어진 레지스트 패턴은 실시예 1 및 실시예 2의 방법으로 얻어진 레지스트 패턴과 같이, 치수의 가늘어짐, 형상 열화, 직진성 열화는 보이지 않고 양호한 패턴 형상을 나타내는 것을 알았다.
이하, 도 23을 참조하여, 실시예 3의 효과에 대하여 설명한다. 도 23에 도시하는 바와 같이, 라인 패턴(11～14)의 대부분의 영역에 상당하는 영역 EX1(도 23에 있어서 경계선 LB4로부터 시프트량 ΔD2 이상 오른쪽에 위치하는 영역)에 대하여, HT 마스크부(15a)를 이용한 제 1 노광 처리가 행하여지고, 완전 차광부(16b)를 이용한 제 2 노광 처리가 행하여지기 때문에, 영역 EX1에 있어서 제 2 노광 처리시에 광투과가 발생하는 영역은 존재하지 않게 된다. 따라서, 영역 EX1에 있어서의 라인 패턴(11～14)을 하프톤 투과광의 피복의 영향을 회피함으로써, 정밀도 좋게 얻을 수 있다.
한편, 패턴(21～24)의 대부분의 영역에 상당하는 영역 EX2(도 23에 있어서 경계선 LB3보다 시프트량 ΔD1 이상 왼쪽에 위치하는 영역)에 대하여, 완전 차광부(15b)를 이용한 제 1 노광 처리가 행하여지고, HT 마스크부(16a)를 이용한 제 2 노광 처리가 행하여지기 때문에, 영역 EX2에 있어서 제 1 노광 처리시에 광투과가 발생하는 영역은 존재하지 않게 된다. 따라서, 영역 EX2에 있어서의 패턴(21～24)을 하프톤 투과광의 피복의 영향을 회피함으로써, 정밀도 좋게 얻을 수 있다.
그리고, 영역 EX1, EX2 간의 그레이팅 패턴(100), 통상 패턴(101)간의 접속부 영역에 상당하는 영역 EX3에 대하여, HT 마스크부(15a)를 이용한 제 1 노광 처리가 행하여져, HT 마스크부(16a)를 이용한 제 2 노광 처리가 행하여지기 때문에, 영역 EX3에 있어서는 차광부에서도 2회의 광투과가 행하여지는 것으로 된다. 이 영역 EX3에 있어서의 효과에 대해서는 후술한다.
(제 1 형태)
제 1 노광 처리 및 제 2 노광 처리의 방법으로서 다른 변형도 생각된다. 우선, 도 21에서 나타낸 트리톤 마스크(15)를 이용하는 제 1 노광 처리와, 도 22에서 나타낸 트리톤 마스크(16)를 이용하는 제 2 노광 처리를 이용한, 상술한 제 1 및 제 2 노광 처리를 포함하는 패턴 형성 방법을 제 1 형태로 한다.
(제 2 형태)
제 2 형태에서는 제 1 노광 처리는, 제 1 형태와 마찬가지로 도 21에서 나타낸 트리톤 마스크(15)를 이용한다.
도 24는 실시예 3의 제 2 형태에 있어서의 제 2 노광 처리에서 이용하는 트리톤 마스크를 나타내는 설명도이다. 동 도면에 도시하는 바와 같이, 제 2 노광용 마스크인 트리톤 마스크(18)의 패턴 형상 자체는, 제 1 형태와 마찬가지로 도 12에서 나타낸 실시예 2의 제 2 노광 처리용의 HT 마스크(4)와 동일하다.
단, 트리톤 마스크(18)는 비완전 차광부인 HT 마스크부(18a)와 완전 차광부(18b)의 합성에 의해 형성되어 있는 점이 HT 마스크(4)와 다르다.
완전 차광부(18b)는, 축소 차광 패턴(56)의 전 형성 영역으로서 형성되고, 또한, 축소 차광 패턴(56)과 차광 패턴(53), 차광 패턴(54)의 경계선 LB4로부터, 시프트량 ΔD4분 연장하여, 차광 패턴(53, 54)의 일부로서도 형성된다. 즉, 완전 차광부(18b)는, 그레이팅 패턴용 마스크부 M1의 전 영역 및 경계선 LB2의 근방 영역의 차광 패턴으로서 형성된다.
한편, HT 마스크부(18a)는, 차광 패턴(51～54)의 전 형성 영역 중, 완전 차광부(18b)를 제외하는 영역으로서 형성된다.
그 결과, 제 2 형태에 의하면, 도 23에서 나타낸 영역 EX3에 대하여, HT 마스크부(15a)를 이용한 제 1 노광 처리, 및 완전 차광부(18b)를 이용한 제 2 노광 처리가 행하여지기 때문에, 영역 EX3에 있어서도 영역 EX1과 마찬가지로 제 2 노광 처리시에 광투과가 발생하는 영역은 존재하지 않는 것으로 된다. 또, 영역 EX3에 있어서의 2회 투과를 확실히 회피해야 하는, 시프트량 ΔD4는 (시프트량 ΔD1+소정량 C)보다도 조금 길게 설정하는 쪽이 바람직하다.
(제 3 형태)
도 25는 실시예 3의 제 3 형태에 있어서의 제 1 노광 처리에서 이용하는 트리톤 마스크를 나타내는 설명도이다. 동 도면에 도시하는 바와 같이, 제 1 노광용 마스크인 트리톤 마스크(17)의 패턴 형상 자체는 제 1 및 제 2 형태와 마찬가지로, 도 5에서 도시한 실시예 1 및 실시예 2의 제 1 노광 처리용 HT 마스크(1)와 동일하다.
단, 트리톤 마스크(17)는 비완전 차광부인 HT 마스크부(17a)와 완전 차광부(17b)의 합성에 의해 형성되어 있는 점이 HT 마스크(1)와 다르다.
완전 차광부(17b)는, 차광 패턴(43)의 전 형성 영역으로서 형성되고, 또한, 차광 패턴(41)과 차광 패턴(43)의 경계선 LB3으로부터, 시프트량 ΔD3분 연장하여, 차광 패턴(41)의 일부로서도 형성된다. 즉, 완전 차광부(17b)는 통상 패턴용 마스크부 M2의 전 영역 및 경계선 LB2의 근방 영역의 차광 패턴으로서 형성된다.
한편, HT 마스크부(17a)는, 차광 패턴(41)의 전 형성 영역 중, 완전 차광부(17b)를 제외하는 영역으로서 형성된다.
제 3 형태에서는 제 2 노광 처리는, 제 1 형태와 마찬가지로 도 22에서 나타 낸 트리톤 마스크(16)를 이용한다.
그 결과, 도 23에서 나타낸 영역 EX3에 대하여, 완전 차광부(17b)를 이용한 제 1 노광 처리, 및 완전 차광부(16b)를 이용한 제 2 노광 처리가 행하여지기 때문에, 영역 EX3에 있어서도 영역 EX2와 마찬가지로 제 1 노광 처리시에 광투과가 발생하는 영역이 존재하지 않는 것으로 된다. 또, 영역 EX3에 있어서의 2회 투과를 확실히 회피해야 하는, 시프트량 ΔD3은 (시프트량 ΔD2+소정량 C)보다도 조금 길게 설정하는 쪽이 바람직하다.
(접속부 영역의 형성 정밀도)
도 26～도 28은 실시예 3의 제 1～제 3 형태에 의한 패턴 형성 방법 각각에 의해 얻어진 레지스트 패턴의 접속부 영역(도 23의 영역 EX3 상당)의 광학 시뮬레이션 결과를 나타내는 설명도이다.
동 도면에 도시하는 바와 같이, 도 26에서 나타내는 시뮬레이션 결과(제 1 형태)에서는, 배선 패턴 연장부(23c, 24c)에 상당하는 접속 개소(76)의 배선폭이 점점 감소하는 일 없이, 그레이팅 패턴 영역 A11에 있어서의 라인 패턴의 형성폭과 같은 정도의 안정한 형상이 얻어지는 데 비하여, 도 27 및 도 28에서 나타내는 시뮬레이션 결과(제 2 및 제 3 형태)에서는, 배선 패턴 연장부(23c, 24c)에 상당하는 접속개소(77, 78)의 배선폭이 점점 감소하여 불안정한 형상으로 되어 있다.
상기 시뮬레시션 결과로부터, 그레이팅 패턴(100)과 통상 패턴(101)의 접속부 영역(도 23의 영역 EX3 상당 영역)에 대해서는, 제 1 노광 처리 및 제 2 노광 처리와 함께 HT 마스크부를 이용한, 즉, 제 1 및 제 2 노광 처리에 있어서 경계선 LB2의 근방 영역은 모두 HT 마스크부를 이용한 제 1 형태가 가장 적합한 것을 알 수 있다. 이것은, 접속부 영역의 미세 패턴에 대해서는, 제 1 및 제 2 노광 처리쌍방에 HT 마스크를 이용하는 쪽이, 보다 높은 광학 이미지 콘트라스트를 얻을 수 있는 것에 기인한다.
또, 영역 EX1 및 영역 EX2에 대해서는 실질적으로 제 1～제 3 형태에 있어서 동일 내용으로 제 1 및 제 2 노광 처리가 행하여져 있기 때문에, 우열은 발생하지 않는다. 또, 완전 차광부는, 6% 정도의 투과율을 갖는 상기 차광부보다 투과율이 작으면 효과가 있지만, 바람직하게는, 완전 차광(투과율 O%)으로 하는 것이 좋다.
(제 4 형태)
도 29는 실시예 3의 제 4 형태에 있어서의 제 1 노광 처리에서 이용하는 트리톤 마스크를 나타내는 설명도이다. 동 도면에 도시하는 바와 같이, 제 1 노광용 마스크인 트리톤 마스크(19)에 있어서의 비완전 차광부인 HT 마스크부(19a)와 완전 차광부(19b)의 관계는, 제 1 형태에서 이용한 트리톤 마스크(15)의 HT 마스크부(15a)와 완전 차광부(15b)와 마찬가지다.
트리톤 마스크(19)는, HT 마스크부(19a)의 차광 패턴(41)의 형성폭을 경계선 LB3 근방 영역에서 양측에서 총계 6㎚ 정도 굵고 71㎚ 정도로 형성하고 있는 점에서 트리톤 마스크(15)와 다르다. 즉, 경계선 LB2의 근방 영역에서, 차광 패턴(41)의 1측면으로부터 3㎚ 정도를 투과 패턴(42) 내에 연장하여 형성되는 차광 패턴 연 장부(41d)를 여분으로 마련하고 있는 점에서 트리톤 마스크(16)와 다르다. 또, 다른 구성은 트리톤 마스크(15)와 마찬가지기 때문에, 설명을 생략한다.
제 4 형태에서는 제 2 노광 처리는, 제 1 형태와 마찬가지로 도 22에서 나타낸 트리톤 마스크(16)를 이용한다.
이와 같이, 실시예 3의 제 4 형태인 패턴 형성 방법에 의하면, 제 1 및 제 2 노광 처리에 트리톤 마스크(19) 및 트리톤 마스크(15)를 이용하고 있다. 따라서, 제 1 형태와 동일한 효과를 얻을 수 있다.
또한, 제 4 형태에서는, 통상 패턴(101)과의 접속부 영역에 가까운 차광 패턴(41)의 형성폭을 부분적으로 두껍게 함으로써, 통상 패턴(101)과의 접속을 안정하게 행할 수 있는 효과를 나타낸다.
이와 같이, 실시예 3에서는, 제 1 노광용 마스크인 HT 마스크(15, 17, 19)와 제 2 노광용 마스크인 HT 마스크(16, 18)에 의해 구성되는 노광용 마스크 세트를 이용하여, 그레이팅 패턴 및 통상 패턴으로 이루어지는 패턴 형성을 레지스트에 대하여 정밀도 좋게 실행할 수 있다.
(실시예 1로의 적용)
상술한 제 1 내지 제 4 형태를 실시예 1에서 적용하는 것도 생각된다. 이 경우, 라인 패턴(11～14)의 대부분의 영역에 상당하는 영역 EX1에 있어서 제 2 노광 처리시에 광투과가 발생하는 영역은 존재하지 않게 되기 때문에, 영역 EX1에 있어서의 라인 패턴(11～14)을 하프톤 투과광의 피복의 영향을 회피함으로써, 정밀도 좋게 얻을 수 있다.
한편, 패턴(21～24)의 대부분의 영역에 상당하는 영역 EX2에 있어서 제 1 노광 처리시에 광투과가 발생하는 영역은 존재하지 않게 되기 때문에, 영역 EX2에 있어서의 패턴(21～24)을 하프톤 투과광의 피복의 영향을 회피함으로써, 정밀도 좋게 얻을 수 있다.
또한, 실시예 1에 있어서도, 제 1 및 제 2 노광 처리에 있어서 접속부 영역(도 2의 접속부 영역 A3에 상당하는 영역)에 대해서는, 모두 HT 마스크부를 제 1 형태와 마찬가지로 이용한 쪽이, 실시예 2와 마찬가지로, 보다 높은 광학 이미지 콘트라스트가 얻어질 가능성이 높다.
(실시예 4)
도 30은 실시예 4에 따른 복수의 웨이퍼에 대하여 실행하는 노광 방법을 나타내는 흐름도이다. 전반 공정은 도 1에서 나타낸 실시예 1과 마찬가지로 행하여지지만, 복수의 웨이퍼(각 웨이퍼의 소정의 기판)에 대하여 실행하고, 단계 S3, S4의 처리를 도 30에서 나타내는 흐름으로 실행하는 점이 다르다.
또, 본 실시예에서는, 설명의 형편상, HT 마스크(1)를 이용한 제 1 노광 처리 및 HT 마스크(4)를 이용한 제 2 노광 처리를 예로 들어 설명한다.
도 30을 참조하여, 단계 S11에 있어서, 1개째의 노광 대상 웨이퍼(의 소정의 기판)에 대하여 HT 마스크(1)를 이용한 제 1 노광 처리를 실행하고, 단계 S12에 있어서, HT 마스크(1)를 HT 마스크(4)로 교환하고, 상기 1개째의 노광 대상의 웨이퍼 에 대하여 HT 마스크(4)를 이용한 제 2 노광 처리를 실행한다.
그리고, 단계 S13에 있어서, 미노광의 웨이퍼의 유무를 확인하여, 존재하면(예) 단계 S14로 이행하고, 존재하지 않으면(아니오) 노광 처리를 종료한다.
단계 S14에 있어서, 새로운 노광 대상으로 되는 웨이퍼의 교체 처리를 한다. 즉, 미노광의 웨이퍼 중의 한 장을 2개째의 노광 대상 웨이퍼로서 노광 장치에 장착한다.
그리고, 단계 S15에 있어서, 단계 S12에서 이용한 HT 마스크(4)를 마스크 교환하는 일 없이 연속적으로 이용하여, 2개째의 노광 대상의 웨이퍼(의 소정의 기판)에 대하여 제 2 노광 처리를 실행한다. 그 후, 단계 S16에 있어서, HT 마스크(4)를 HT 마스크(1)로 교환하여, 상기 2개째의 노광 대상의 웨이퍼에 대하여 HT 마스크(1)를 이용한 제 1 노광 처리를 실행한다.
그리고, 단계 S17에 있어서, 미노광의 웨이퍼의 유무를 확인하여, 존재하면(예) 단계 S18로 이행하고, 존재하지 않으면(아니오) 노광 처리를 종료한다.
단계 S18에 있어서, 새로운 노광 대상으로 되는 웨이퍼의 교체 처리를 한다. 즉, 미노광의 웨이퍼 중의 한 장을 3개째의 노광 대상 웨이퍼로서 노광 장치에 장착하여, 단계 S11에 되돌아간다.
그리고, 단계 S11에 되돌아가, 단계 S16에서 이용한 HT 마스크(1)를 마스크 교환하는 일 없이 연속적으로 이용하여, 3개째의 노광 대상의 웨이퍼(의 소정의 기판)에 대하여 제 1 노광 처리를 실행한다. 그 후, 단계 S12에 있어서, HT 마스크(1)를 HT 마스크(4)로 교환하여, 상기 3개째의 노광 대상의 웨이퍼에 대하여 HT 마 스크(4)를 이용한 제 2 노광 처리를 실행한다.
이후, 단계 S13 또는 단계 S17에서, 미노광의 웨이퍼가 없게 되는 것이 확인될 때까지, 단계 S11～S18을 반복한다.
이와 같이, 실시예 4의 노광 방법에서는, 연속하여 노광을 하는 2개의 웨이퍼에 대하여 제 1 노광 처리 및 제 2 노광 처리중 한쪽을 연속하여 행함으로써, 마스크 교환을 2회의 노광 처리(제 1 및 제 2 노광 처리)에 대하여 1회의 비율로 끝마칠 수 있기 때문에, 마스크 교환에 요하는 처리 시간을 단축할 수 있는 효과를 나타내고, 그 결과, 복수의 웨이퍼에 대한 패턴 형성 방법의 종합 처리 시간의 단축을 도모할 수 있다.
또, 제 1 및 제 2 노광 처리가 복수의 마스크에 의한 복수의 노광 공정으로 구성되는 경우도 생각된다. 예컨대, 제 2 노광 처리가 제 1～제 3 부분 노광 공정(순서 부동)으로 행하여지는 경우에 있어서는, 단계 S12의 실행시는 제 1～제 3 순으로 부분 노광 공정을 실행하고, 단계 S15의 실행시는 제 3～제 1 순으로 부분 노광 공정을 실행함으로써, 부분 노광 공정에서의 마스크 교환에 필요한 처리 시간을 제 3 부분 노광 공정에서의 마스크 교환에 필요한 시간만큼 단축할 수 있다.
(반도체 장치의 제조 방법의 적용)
또한, 실시예 1～실시예 3에서 나타낸 패턴 형성 방법(실시예 4의 노광 방법을 내장한 경우를 포함함)을 이용하는 것에 의해, 반도체 장치의 제조 방법에 적용할 수 있다.
즉, 반도체 기판 상 또는 반도체 기판 내에 존재하는 패터닝 대상물 상에 레지스트를 도포하는 제 1 단계, 상기 레지스트에 대하여 실시예 1～실시예 3중 어느 하나의 패턴 형성 방법을 이용하여 상기 레지스트를 패터닝하는 제 2 단계, 패터닝된 상기 레지스트를 마스크로 하여 패터닝 대상물을 패터닝하는 제 3 단계를 포함하는 모든 반도체 장치의 제조 방법을, 본원 발명의 패턴 형성 방법의 응용기술로서 적용할 수 있다.
그 결과, 접속용 패턴을 거쳐서 서로 연접되는 그레이팅 패턴 및 통상 패턴으로 이루어지는 패턴을, 패터닝 대상물에 대하여 정밀도 좋게 형성할 수 있는 효과를 나타낸다.
(기타)
상술한 실시예 1～실시예 3에서는, 제 1 및 제 2 노광 처리 대상으로 되는 레지스트를 포지티브형의 레지스트 재료를 이용하여, 볼록 형상의 그레이팅 패턴 및 통상 패턴을 얻을 수 있는 예를 나타내었다.
포지티브형의 레지스트로 바꿔 화학 증폭 네거티브형 레지스트를 사용함으로써, 트렌치형의 배선 패턴을 형성하는 것에 관하여 실시예 1～실시예 3과 마찬가지의 효과를 나타낸다.
도 31은 제 2 노광 처리에서 이용하는 다른 조명계 조리개의 구조를 나타내는 설명도이다. 동 도면에 도시하는 바와 같이, 조명 조리개(48)는 4개의 원형의 개구부(49)를 갖고 있다. 이 조명계 조리개(48)를 이용하는 것에 의해 4안 조명이 실현된다.
이와 같이, 실시예 1～실시예 4에서 설명한 제 2 노광 처리의 조명으로서 2/3 고리형 조명(도 6 참조)의 대신에, 4안 조명을 이용하여도 좋다.
본 발명에 따른 청구항 1에 기재된 패턴 형성 방법은, 반복 패턴이 형성되는 레지스트의 제 1 영역에 대하여 실질적으로 실행하는 노광 처리를 2안 조명을 이용한 제 1 노광 처리로 실행하고, 통상 패턴이 형성되는 제 2 영역에 대하여 실질적으로 실행하는 노광 처리를 제 2 노광 처리로 행함으로써, 반복 패턴 및 통상 패턴 형성 대상의 제 1 및 제 2 영역 각각에 적합한 노광 처리를 실행할 수 있기 때문에, 접속용 패턴을 거쳐서 서로 연접되는 반복 패턴 및 통상 패턴으로 이루어지는 레지스트 패턴을 정밀도 좋게 얻을 수 있다.
본 발명에 따른 청구항 12에 기재된 반도체 장치의 제조 방법은, 청구항 1～청구항 11에 기재된 패턴 형성 방법 중 어느 하나를 이용하여 레지스트를 패터닝하기 때문에, 패터닝 대상물을 정밀도 좋게 패터닝할 수 있다.
본 발명에 따른 청구항 13에 기재된 노광용 마스크 세트에 있어서, 제 1 노광용 마스크를 이용한 제 1 노광 처리시, 상기 경계 근방 영역을 제외하는 제 2 마스크부는 완전 차광되고, 제 2 노광용 마스크를 이용한 제 2 노광 처리시, 상기 경계 근방 영역을 제외하는 제 1 마스크부는 완전 차광된다.
그 결과, 반복 패턴의 대부분에 있어서 상기 제 2 노광 처리시에 광투과가 발생하는 영역은 존재하지 않게 되기 때문에 반복 패턴을 정밀도 좋게 얻을 수 있어, 통상 패턴의 대부분에 있어서 상기 제 1 노광 처리시에 광투과가 발생하는 영역은 존재하지 않게 되기 때문에, 통상 패턴을 정밀도 좋게 얻을 수 있다.

Claims (15)

  1. 소정의 기판 상에 형성된 레지스트에 대한 패턴 형성 방법으로서,
    상기 레지스트는 서로 인접한 패터닝 대상의 제 1 및 제 2 영역을 갖고,
    (a) 2안 조명을 이용하여, 라인과 공간이 교대로 반복된 패턴인 반복 패턴을 갖는 제 1 노광용 마스크에 의한 제 1 노광 처리를 상기 레지스트의 상기 제 1 영역에 대하여 실행하는 단계와,
    (b) 상기 반복 패턴을 제외하는 패턴인 통상 패턴을 갖는 제 2 노광용 마스크에 의한 제 2 노광 처리를 상기 레지스트의 상기 제 2 영역에 대하여 실행하는 단계
    를 구비하고, 상기 통상 패턴의 적어도 일부는 상기 반복 패턴과 연접하는 접속용 패턴을 포함하고,
    (c) 상기 단계 (a), (b) 후의 상기 레지스트에 대하여 현상 처리를 행하는 단계를 더 구비하며,
    상기 제 1 및 제 2 노광용 마스크는, 각각 상기 레지스트의 상기 제 1 및 제 2 영역에 대응하는 제 1 및 제 2 마스크부를 갖고,
    상기 제 1 노광용 마스크에 있어서, 상기 제 1 마스크부는 상기 반복 패턴 형성용의 패턴이 마련되고, 상기 제 2 마스크부는 전면에 차광 영역이 마련되며,
    상기 제 2 노광용 마스크에 있어서, 상기 제 2 마스크부는 상기 통상 패턴 형성용의 패턴이 마련되고, 상기 제 1 마스크부는, 상기 제 1 및 제 2 마스크부간의 경계선 및 상기 반복 패턴 형성용의 패턴의 단부 위치에 상당하는 단부선으로부터 각각 내측으로 연장하는 제 1 및 제 2 소정량분의 제 1 및 제 2 연장 영역 중, 상기 제 1 연장 영역에 상기 통상 패턴의 상기 접속용 패턴의 연장부가 마련되고, 상기 제 1 및 제 2 연장 영역 이외의 영역 전면에 차광 영역이 마련되고,
    상기 제 1 및 제 2 노광용 마스크는, 각각 투과부와, 광을 소정 비율만 투광시키고 또한 투과시에 위상이 반전하는 하프톤 위상 시프트 마스크부와, 광을 완전히 차광하는 완전 차광부를 갖는 마스크를 포함하고,
    상기 제 1 노광용 마스크의 상기 제 2 마스크부에서, 상기 제 1 및 제 2 마스크부의 경계 근방 영역을 제외한 영역은 상기 완전 차광부로 형성되고,
    상기 제 1 노광용 마스크의 상기 제 1 및 제 2 마스크부의 경계 근방 영역은 상기 하프톤 위상 시프트 마스크부로 형성되고,
    상기 제 2 노광용 마스크의 상기 제 1 마스크부에서, 상기 경계 근방 영역을 제외한 영역은 상기 완전 차광부로 형성되고,
    상기 제 2 노광용 마스크의 상기 제 1 및 제 2 마스크부의 경계 근방 영역은 상기 하프톤 위상 시프트 마스크부로 형성되는
    패턴 형성 방법.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 반복 패턴의 상기 라인 형성 방향이 제 1 방향, 상기 제 1 방향과 수직인 방향이 제 2 방향으로서 규정되고,
    상기 제 1 및 제 2 소정량은, 상기 반복 패턴에 있어서의 상기 공간 형성용의 패턴의 선단부 후퇴량 및 상기 단계 (a), (b) 간의 상기 제 1 및 제 2 노광용 마스크의 상기 제 1 방향으로의 중첩 어긋남량을 고려한 양을 포함하는
    패턴 형성 방법.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 접속용 패턴의 연장부의 형성폭은, 상기 반복 패턴의 라인 형성용 패턴의 형성폭에, 상기 단계 (a), (b) 간의 상기 제 1 및 제 2 노광용 마스크의 상기 제 2 방향으로의 중첩 어긋남량 및 치수 정밀도 여유량을 고려한 양을 부가한 형성폭으로 설정되는 패턴 형성 방법.
  4. 제 3 항에 있어서,
    상기 제 1 및 제 2 노광용 마스크는, 모두 상기 경계 근방 영역이 상기 하프톤 위상 시프트 마스크부로 형성되는 패턴 형성 방법.
  5. 제 4 항에 있어서,
    상기 제 1 노광용 마스크는, 상기 제 1 마스크부의 상기 라인에 대응하는 패턴에 관하여, 제 2 마스크부에 가까운 영역의 형성폭을, 상기 가까운 영역 이외의 다른 영역에 비해서 넓게 설정한 것을 특징으로 하는 패턴 형성 방법.
  6. 제 1 항 내지 제 5 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 소정의 기판은 웨이퍼 단위로 분류되는 복수의 기판을 포함하고,
    상기 단계 (a), (b)는 상기 복수의 기판에 대하여, 실행 순서를 바꾸어 실행되는
    패턴 형성 방법.
  7. 제 1 항 내지 제 5 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 레지스트는 포지티브형 레지스트를 포함하는 패턴 형성 방법.
  8. 제 1 항에 있어서,
    상기 반복 패턴은, 라인, 공간이 제 1 반복 방향을 따라 반복되는 제 1 부분 반복 패턴과, 라인, 공간이 상기 제 1 반복 방향과 수직인 제 2 반복 방향을 따라 반복되는 제 2 부분 반복 패턴을 포함하고,
    상기 제 1 노광용 마스크는, 상기 제 1 및 제 2 부분 반복 패턴을 갖는 제 1 및 제 2 부분 반복 패턴용 마스크를 포함하고,
    상기 단계 (a)는,
    (a-1) 상기 제 1 반복 방향을 따라 2안이 배치되는 2안 조명을 이용한 제 1 조명 조건하에서, 상기 제 1 부분 반복 패턴용 마스크에 의한 노광 처리를 상기 레지스트에 대하여 실행하는 단계와,
    (a-2) 상기 제 2 반복 방향을 따라 2안이 배치되는 2안 조명을 이용한 제 2 조명 조건하에서, 상기 제 2 부분 반복 패턴용 마스크에 의한 노광 처리를 상기 레지스트에 대하여 실행하는 단계를 포함하는
    패턴 형성 방법.
  9. (a) 반도체 기판 상 또는 반도체 기판 내에 존재하는 패터닝 대상물 상에 레지스트를 형성하는 단계와,
    (b) 청구항 1, 2, 3, 4, 5, 8 중 어느 한 항에 기재된 패턴 형성 방법을 이용하여, 상기 레지스트를 패터닝하는 단계와,
    (c) 패터닝된 상기 레지스트를 마스크로 하여 상기 패터닝 대상물을 패터닝하는 단계
    를 구비하는 반도체 장치의 제조 방법.
  10. 인접하여 형성되는 제 1 및 제 2 마스크부로 구성되고, 라인과 공간이 교대로 반복된 패턴인 반복 패턴을 상기 제 1 마스크부에 갖는 제 1 노광용 마스크와,
    상기 제 1 노광용 마스크의 제 1 및 제 2 마스크부와 등가인 제 1 및 제 2 마스크부로 구성되고, 상기 반복 패턴을 제외한 패턴인 통상 패턴을 상기 제 2 마스크부에 갖는 제 2 노광용 마스크를 구비하며, 상기 통상 패턴의 적어도 일부는 상기 반복 패턴과 연접하기 위한 접속용 패턴을 포함하고,
    상기 제 1 노광용 마스크에 있어서, 상기 제 2 마스크부는 전면에 차광 영역이 마련되며,
    상기 제 2 노광용 마스크에 있어서, 상기 제 1 마스크부의 적어도 일부에 차광 영역이 마련되고,
    상기 제 1 및 제 2 노광용 마스크는, 각각 투과부와, 광을 소정 비율만 투광시키고 또한 투과시에 위상이 반전하는 하프톤 위상 시프트 마스크부와, 광을 완전하게 차광하는 완전 차광부를 갖는 마스크를 포함하고,
    상기 제 1 노광용 마스크의 상기 제 2 마스크부에서, 상기 제 1 및 제 2 마스크부의 경계 근방 영역을 제외한 영역은 상기 완전 차광부로 형성되고,
    상기 제 1 노광용 마스크의 상기 제 1 및 제 2 마스크부의 경계 근방 영역은 상기 하프톤 위상 시프트 마스크부로 형성되고,
    상기 제 2 노광용 마스크의 상기 제 1 마스크부에서, 상기 경계 근방 영역을 제외한 영역은 상기 완전 차광부로 형성되고,
    상기 제 2 노광용 마스크의 상기 제 1 및 제 2 마스크부의 경계 근방 영역은 상기 하프톤 위상 시프트 마스크부로 형성되는
    노광용 마스크 세트.
  11. 제 10 항에 있어서,
    상기 반복 패턴의 라인 형성 방향이 제 1 방향, 상기 제 1 방향과 수직인 방향이 제 2 방향으로서 규정되고,
    상기 제 2 노광용 마스크에 있어서, 상기 제 1 마스크부는, 상기 제 1 및 제 2 마스크부간의 경계선 및 상기 반복 패턴 형성용의 패턴의 단부 위치에 상당하는 단부선으로부터 각각 내측으로 연장하는 제 1 및 제 2 소정량분의 제 1 및 제 2 연장 영역 중, 상기 제 1 연장 영역에 상기 통상 패턴의 상기 접속용 패턴의 연장부가 마련되고, 상기 제 1 및 제 2 연장 영역 이외의 영역 전면에 상기 차광 영역이 마련되고,
    상기 제 1 및 제 2 소정량은, 상기 반복 패턴에 있어서의 공간 형성용의 패턴의 선단부 후퇴량 및 상기 제 1 및 제 2 노광용 마스크를 이용한 노광시의 상기 제 1 방향으로의 중첩 어긋남량을 고려한 양을 포함하고,
    상기 접속용 패턴의 연장부의 형성폭은, 상기 반복 패턴의 라인용 패턴의 형성폭에, 상기 제 1 및 제 2 노광용 마스크를 이용한 노광시의 상기 제 2 방향으로의 중첩 어긋남량 및 치수 정밀도 여유량을 고려한 양을 부가한 형성폭으로 설정되는
    노광용 마스크 세트.
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