JP4184918B2 - コンタクトホールの形成方法 - Google Patents

Description

本発明は、コンタクトホールの形成方法に関する。

近年、LSI （Large Scale Integration）の高集積化が急速に進み、リソグラフィ工程におけるコストが急上昇している。具体的には、高集積化（微細化）に伴って、露光装置の短波長化または露光装置の高開口数化など露光装置にかかるコストが跳ね上がっている。

これら露光装置の短波長化や露光装置の高開口数化等の技術が微細化のスピードに追いつかなくなってきている問題がある。

より詳しくは、リソグラフィ技術において、特に微細化が難しいのはコンタクトホールの形成であり、コンタクトホールに対する光学像コントラストを上げることは、露光装置の短波長化、高開口数化（高ＮＡ化）だけでは非常に難しくなってきている。

そこで、TSMC（Taiwan Semiconductor Manufacturing Company）から提案されたUSP第5,734,607号明細書(1998,Mar.31)にあるように、ライン状のスペースをウエハに転写し、さらに、その後、これに直交するライン状のスペースをウエハに転写することで、その交点にコンタクトホールパターンを形成する技術がある。この方法でコンタクトホールの解像性を引き上げるには、２回の各露光で転写するパターンをそれぞれラインとスペースの繰り返しとすることが望ましい。つまり、ラインアンドスペースを有するマスクとこれに直交するラインアンドスペースを有するマスクとをそれぞれ用いて露光すると、正方格子点に規則的に配置されたコンタクトホールパターンがスペースの交差部に形成される。

一方、特開平6-252031号公報に提案されているように、周期パターンを形成しておき、周期パターンのうち、必要なパターンのみ選択的に残す方法もある。

これらUSP第5,734,607号明細書と特開平6-252031号公報とを組み合わせることで、特開平１０−２３２４９６号公報に記載されているように、所望のレイアウトを有するコンタクトホールパターンを形成できる。

しかし、この方法では、フォトマスクを３枚必要とするため、コストの観点から、採用は困難であった。
米国特許第５７３４６０７号明細書 特開平６−２５２０３１号公報 特開平１０−２３２４９６号公報

本発明は、上記問題点に鑑みてなされたものであり、その目的は、密集部における解像性を高く確保しつつも低コストでコンタクトホールを形成可能なコンタクトホールの形成方法を提供することにある。

本発明のコンタクトホールの形成方法は、
光源とアパーチャとコンデンサレンズとを有する照明系と、前記照明系からの光が入射されるフォトマスクと、前記フォトマスクからの光を基板上に投影する投影レンズとを備えた投影露光装置を用いて前記基板上にコンタクトホールを形成するコンタクトホールの形成方法であって、
基板上に第１の感光性レジスト膜を形成し、
第１の方向及びこれに直交する第２の方向に周期的に配置されたマスクパターンを有するフォトマスクと、前記第１の方向に沿って中心点に点対称に配置された第１及び第２の光透過部を有するアパーチャとを用いて、
sinα=λ／p＞NA×（1+σ） ・・・（式１）
sinα=λ／p＜NA×（１+σx＋σ） ・・・（式２）
（λは露光光の波長、ＮＡは前記投影レンズの開口数、σは前記光透過部の半径、σxは前記光透過部の中心と前記アパーチャの中心との距離）
を満たすように、前記第１の感光性レジスト膜を露光して、前記第１の方向に沿った第１のラインアンドスペースのパターンを前記第１の感光性レジスト膜に転写し、
露光された前記第１の感光性レジスト膜を現像して前記第１のラインアンドスペースを形成し、
この後、前記基板上に、第２の感光性レジスト膜を形成し、
前記第１のラインアンドスペースのパターンの転写に用いた前記フォトマスクと、前記第２の方向に沿って中心点に点対称に配置された前記第１及第２の光透過部を有するアパーチャとを用いて、前記（式１）および（式２）を満たすように、前記第２の感光性レジスト膜を露光して、前記第１のラインアンドスペースのパターンに直交する第２のラインアンドスペースのパターンを前記第２の感光性レジスト膜に転写し、
この後、前記第２の感光性レジスト膜を現像して、前記第２のラインアンドスペースを形成する
ことを特徴とする。

本発明によれば、マスクパターンが第１の方向及びこれに直交する第２の方向に配置されたフォトマスクと２重極照明とを用いてラインアンドスペースを形成するようにしたので、互いに直交するラインアンドスペース、つまり、密集したコンタクトホール群を、１枚のフォトマスクで、高い解像性を確保しつつ、形成できる。

（第１の実施の形態）
図１は、本発明の実施の形態で用いる露光装置の概略図である。

この露光装置において、光源１１から出力されたレーザ光は、フライアイレンズ１２に入射して輝度むらが抑えられた後、アパーチャ１３及びレチクルブラインド１４を通過する。通過光は反射ミラー１５で反射し、コンデンサレンズ１６によって集光される。集光光は、図中矢印方向に移動可能なレチクルステージ１０上のレチクル（フォトマスク）１９に入射し、入射光はフォトマスク１９に形成されたパターンによって回折させられる。回折光は投影レンズ２０によって収束されて、図中矢印方向に移動可能なウエハステージ２１上に配置されたウエハ２２表面のレジスト膜２３に入射する。これにより、フォトマスク１９のパターンがレジスト膜２３に転写される。

ここで、上述の露光装置を用いて、本発明の原理について説明する。

図２（ａ）は、２つの孔２５ａ、２５ｂを有するアパーチャ２４の平面図である。孔２５ａ、２５ｂはそれぞれ同一の円形形状を有し、この円の半径はσである。孔２５ａ、２５ｂは、アパーチャ２４の中心（Ａ−Ａ’線、Ｂ−Ｂ’線の交点）に対して点対称に配置されている。図中、σｘは、アパーチャ２４の中心を座標（０、０）、Ａ’方向をＸ軸、Ｂ方向をＹ軸としたときにおける孔２５ｂの中心のＸ座標を示す。

図２（ｂ）は、フォトマスクの平面図である。このフォトマスク２９は、格子状（井桁状）に配置された開口パターン（コンタクトホールパターン）２６と、遮光パターン２８とを有する。開口パターン２６は、ピッチｐにより配置され、正方形の平面形状を有する。

図２（ｃ）は、上述した露光装置のアパーチャ１３として図２（ａ）のアパーチャ２４を用い、この露光装置のフォトマスク１９として図２（ｂ）のフォトマスク２９を用いて、図１に示すレジスト膜１２を露光した場合に得られたラインアンドスペースを示す図である。つまり、図２（ｃ）は、フォトマスク２９を用いてレジスト膜１２を２重極照明により露光した場合に得られたラインアンドスペースを示す。

このように図２（ａ）のアパーチャ２４と図２（ｂ）のフォトマスク２９とを用いることで、ラインアンドスペースを形成できる原理について以下に説明する。

図３（ａ）は、露光時に図２（ａ）のＡ−Ａ’線の断面方向から見た回折光の軌跡を示す図である。図２（ａ）におけるＡ−Ａ’線と図２（ｂ）におけるＣ−Ｃ’線とが重なるように、アパーチャ２４とフォトマスク２９とは位置合わせされている。図３（ｂ）は、露光時に得られたレジスト膜２３中の光強度分布を示す図である。

一方、図４（ａ）は、露光時に図２（ａ）のＢ−Ｂ’線の断面方向から見た回折光の軌跡を示す図である。図２（ａ）のＢ−Ｂ’線と図２（ｂ）のＤ−Ｄ’線とが重なるように、アパーチャ２４とフォトマスク２９とは位置合わせされている。図４（ｂ）は、露光時に得られたレジスト膜２３中の光強度分布を示す図である。

なお、図３（ａ）及び図４（ａ）においては、説明の簡単化のため、図１の露光装置を簡略化して表示している。

図４（ａ）に示すように、図２（ａ）のＢ−Ｂ‘線における断面方向から見た場合は、アパーチャ２４を通過した光は、コンデンサレンズ１６を介して、フォトマスク２９面に対して垂直に入射する。フォトマスク２９に入射した光はフォトマスク２９のパターンによって回折させられて、フォトマスク２９への入射光と同一方向の０次回折光と、この０次回折光とそれぞれ±に所定の角度αを形成した±１次回折光（２次回折光以上の高次の回折光は図示せず）とが発生する。これらの回折光のうち、０次回折光のみが投影レンズ２０に入射して、ウエハ２２上のレジスト膜２３へ到達し、フォトマスク２９のパターン情報を有する±１次回折光はレジスト膜３０に到達しない。よって、レジスト膜３０には、フォトマスク２９のパターンは結像されず、この結果、図４（ｂ）に示すように、レジスト膜２３中において一定の光強度分布が得られる。つまり、図２（ｂ）のフォトマスク２９の図中縦方向のパターンは解像されない。

但し、以上では、次の（式１）を満たすものとする。

sinα=λ／p＞NA×（1+σ） ・・・（式１）
ここで、λは露光光の波長、ＮＡは投影レンズの開口数、σは照明の大きさ（孔の半径）（図２（ａ）参照）、ｐはパターンピッチ（図２（ｂ）参照）である。

一方、図３（ａ）に示すように、図２（ａ）のＡ−Ａ‘線における断面方向から見た場合は、アパーチャ２４を通過した光はコンデンサレンズ１６により集光されて、光軸に対して所定の角度でフォトマスク２９に入射（斜め入射）する。フォトマスク２９に入射した光はフォトマスク２９のパターンによって回折させられて、上述同様に、フォトマスク２９への入射光と同一方向の０次回折光と、この０次回折光とそれぞれ±に所定の角度αを形成した±１次回折光（２次回折光以上の高次の回折光は図示せず）とが発生する。これらの回折光のうち、０次回折光と、＋１次回折光とが投影レンズ２０に入射し、レジスト膜２３に到達する（２光束干渉する）。この結果、レジスト膜２３にフォトマスク２９のパターンが結像する。つまり、図３（ｂ）に示すように、フォトマスク２９におけるパターンの配置ピッチｐと光学的に同一ピッチを有する周期的な光強度分布がレジスト膜３０中において得られる。つまり、図２（ｂ）のフォトマスク２９の図中横方向のパターンが解像される。

但し、以上では、上述の（式１）の条件を満たし、且つ、次の（式２）の条件を満たすものとする。

sinα=λ／p＜NA×（１+σx＋σ） ・・・（式２）
ここで、λは露光光の波長、ＮＡは投影レンズの開口数、σは照明の大きさ（孔の半径（図２（ａ）参照）、ｐはパターンピッチ（図２（ｂ）参照）、σxは照明の座標（孔の中心の座標）（図２（ａ）参照）である。

以上から、図２（ａ）のアパーチャ２４（２重極照明）と図２（ｂ）のフォトマスク２９を用いることで、図２（ｃ）に示したような、ラインアンドスペースを得ることができることが分かる。つまり、上述した本発明の原理によれば、図２（ｂ）のフォトマスクの図中横方向のパターンは解像されるが、図中縦方向のパターンは解像されないので、この結果、ラインアンドスペースが形成される。

以上に説明した本発明の原理を用いて、本実施の形態では、格子状に配置されたコンタクトホールを形成する。以下、本実施の形態について詳しく説明する。

本実施の形態におけるコンタクトホールの形成工程は大きく２つの工程（第１の工程、第２の工程）からなる。

図５（ａ）〜図５（ｄ）は、第１の工程を説明する図である。より詳しくは、図５（ａ）は第１の工程で用いるアパーチャの平面図、図５（ｂ）は第１の工程で用いるフォトマスクの平面図、図５（ｃ）は第１の工程によって形成されたラインアンドスペースを含む半導体基板の平面図、図５（ｄ）は図５（ｃ）のＥ−Ｅ’線における断面図である。以下、第１の工程について詳しく説明する。

まず、素子を形成した基板３７（図５（ｄ）参照）上にレジストを塗布し、ベークして第１のレジスト膜３８（図５（ｄ）参照）を形成した後、図５（ａ）に示すアパーチャ３３と、図５（ｂ）に示すフォトマスク３４とを、図１に示した露光装置に適用して、第１の露光を行う。露光条件は、例えば露光波長１９３ｎｍ、開口数ＮＡ＝０．８５とする。

ここで、図５（ａ）に示すアパーチャ３３は、本発明の原理のところで説明したのと同様に、アパーチャ３３の中心に対して点対称に配置された２つの孔３４ａ、３４ｂを有する。また、図５（ｂ）に示すフォトマスク３４は、開口パターン（コンタクトホールパターン）３６と遮光パターン３７とを有する。開口パターン３６はピッチＰにより配置され、幅Ｈを有する。

この第１の露光によって、上述した本発明の原理に従って、レジスト膜３８にはラインアンドスペースのパターン像が転写される。この後、現像工程を経ることによって、図５（ｃ）に示すように、基板３７上には、ライン状のレジスト膜４１が図中横方向に周期的に配列されたラインアンドスペースが形成される。つまり、図５（ｂ）のフォトマスク３５の図中横方向のパターンのみが解像し、縦方向のパターンは解像しない。

図６（ａ）〜図６（ｅ）は、上述の第１の工程に続く、第２の工程を説明する図である。より詳しくは、図６（ａ）は第２の工程で用いるアパーチャの平面図、図６（ｂ）は第２の工程で用いるフォトマスクの平面図、図６（ｃ）は第２の工程によって形成されたコンタクトホールパターン４２を含む半導体基板の平面図、図６（ｄ）は図６（ｃ）のＦ−Ｆ’線における断面図、図６（ｅ）は図６（ｃ）のＧ−Ｇ’線における断面図である。以下、第２の工程について詳しく説明する。

まず、第１の工程で形成されたラインアンドスペースを有する基板３７（図５（ｃ）参照）上にレジストを塗布し、ベークして第２のレジスト膜４１（図６（ｃ）参照）を形成した後、図６（ａ）のアパーチャ３９と図６（ｂ）のフォトマスク３５とを用いて、第２の露光を行う。

ここで、図６（ａ）に示すアパーチャ３９は、アパーチャ３９の中心の上下に点対称に孔４０ａ、４０ｂが形成されたものであり、このアパーチャ３９と図５（ａ）に示したアパーチャ３３とは、図５（ａ）のアパーチャ３３を９０度、周方向に回転させたならば互いに重なり合う関係にある。つまり、この第２の露光は、第１の露光とは直交する方向から２重極照明を行うことに等しい。一方、図６（ｂ）に示したフォトマスク３５は図５（ｂ）のものと同一のものである。説明の簡単化のため、第１の工程のものとは別個に図示したが、実際には、第１の工程で用いたものをそのまま用いる。つまり、第１の工程と第２の工程とで合わせて１つのフォトマスク３５のみを用いる。

この第２の露光によって、上述した本発明の原理に従って、第１の工程のものとは直交するラインアンドスペースのパターン像がレジスト膜４１に転写される。この後、現像工程を経ることによって、図６（ｃ）に示すように、ライン状のレジスト膜４１が図中縦方向に周期的に配列されたラインアンドスペースが形成される。つまり、図６（ｂ）のフォトマスク３５の図中縦方向のパターンのみが解像し、図中横方向のパターンは解像しない。

以上の第１の工程において形成されたラインアンドスペースのスペースと、第２の工程において形成されたラインアンドスペースのスペースとが交わる部分（アンド部分）には、図６（ｃ）に示すように、コンタクトホールパターン４２が格子状に形成される。このコンタクトホールパターン４２は、例えば、ピッチ１４０ｎｍで配置され、開口径７０ｎｍを有する。この後、このコンタクトホールパターン４２を用いて基板３７をエッチングしてコンタクトホール（図示せず）を形成する。

ところで、上述の第１の工程及び第２の工程で用いたフォトマスク３５（図５（ｂ）参照）における開口パターン３６の幅Ｈと、開口パターン３６の配置ピッチＰとを関係を好適に設定することでリソグラフィマージン（寸法スペックに対して許容される露光量の変動割合）を大きくできる。

図７は、横軸を２×Ｈ／Ｐとし、縦軸をリソグラフィマージンとして表したグラフ図である。このグラフは、本発明者らが行ったシミュレーションの結果に基づき作成したものである。

このグラフから、２Ｈ／Ｐが、１以上且つ１．６以下、より好ましくは、１以上且つ１．４以下のときに、好適なリソグラフィマージンを得られることを本発明者らは知得した。

上述した本実施の形態では、円形の平面パターンを有する孔を備えたアパーチャを用いて２重極照明を行ったが、円形以外にも、扇形などさまざまな種類の形を有するアパーチャを用いて２重極照明できる。

また、第１の工程における現像工程と、この現像工程の後に行う第２の工程におけるレジスト塗布との間に、ＥＢ（電子線）キュアまたはＵＶ（紫外線）キュアなどを用いて、第１の工程において形成したレジスト膜を固める工程を含めてもよい。

以上のように、本実施の形態によれば、開口パターン（コンタクトホールパターン）が格子状に配置されたフォトマスクと２重極照明とを用いてラインアンドスペースを形成するようにしたので、互いに直交するラインアンドスペースを１枚のフォトマスクのみを用いて形成できる。つまり、密集したコンタクトホール群を、１枚のフォトマスクのみを用いて、高い解像性を確保しつつ、形成できる。つまり、従来では２枚のフォトマスクを用いて密集したコンタクトホールを形成していたが、本実施の形態では、１枚のフォトマスクを用いて密集したコンタクトホールを形成できる。

（第２の実施の形態）
第１の実施の形態では、第１の露光により形成されたスペース及び第２の露光により形成されたスペースの交差部全てにコンタクトホールを形成したが、本実施の形態では、交差部のうち１つのコンタクトホールパターンのみを用いて孤立のコンタクトホールを形成する。このためには、上述した第１及び第２の工程に続いて、以下に説明する第３の工程を行う。

図８（ａ）〜図８（ｅ）は、第３の工程を説明する図である。

より詳しくは、図８（ａ）は、内周部に孔４４を有する周知のアパーチャ４３を示す平面図、図８（ｂ）は１つのコンタクトホールに対応した開口パターン４６と、遮光パターン４７とを有するフォトマスク４５の平面図、図８（ｃ）は第３の工程によって選択的に形成された１つのコンタクトホールパターン４９を示す平面図、図８（ｄ）は図８（ｃ）のＨ−Ｈ’線における断面図、図８（ｅ）は図８（ｃ）のＩ−Ｉ’線における断面図である。

本第３の工程においては、第２の工程を経た基板（図６（ｃ）参照）上にレジストを塗布し、さらにベークして、第３のレジスト膜４８（図８（ｃ）参照）を形成する。この後、図８（ａ）に示すアパーチャ４３と、図８（ｂ）に示すフォトマスク４５とを用いて、図８（ｃ）に示すように、第３のレジスト膜４８を選択的に露光し、さらに現像処理して、孤立のコンタクトホールパターン４９を形成する。つまり、第２の工程で形成されたコンタクトホールパターン４２（図６（ｃ）参照）のうち、中心部のコンタクトホールパターン４２のみを残し、他のものはレジスト膜４８により埋め込む。

この第３の工程におけるレジスト膜４８の現像処理においては、第２の工程で形成された中心部のコンタクトホールパターン４２（図８（ｃ）参照）を確実に露出させる必要がある。よって、図８（ｂ）のフォトマスク４５における開口パターン４６の幅Ｍは、図５（ｂ）のフォトマスク３５における開口パターン３６の幅Ｈよりも大きいことが好ましく、さらに好ましくは、開口パターン３６の配置ピッチＰよりも大きくする。

以上のように、本実施の形態によれば、第２の工程により形成されたコンタクトホールパターン群のうち１つのみを選択的に残し、他のものをレジスト膜で埋め込むようにしたので、孤立のコンタクトホールを、解像性を損なうことなく形成できる。

（第３の実施の形態）
第２の実施の形態では、第２の工程で形成したコンタクトホールパターン群のうち、１つのコンタクトホールパターンのみを残したが、本実施の形態では、第２の工程で形成したコンタクトホールパターン群のうち複数を選択的に残し、これにより、複数のコンタクトホールを選択的に形成する。以下、図９及び図１０を用いて、本実施の形態について詳しく説明する。

図９（ａ）は、上述の第１及び第２の工程によってコンタクトホールパターンが格子状に配置された状態を示す半導体基板の平面図である。図９（ｂ）は、本実施の形態で用いるフォトマスクの平面図である。フォトマスク５０は、残すべきコンタクトホールパターンに対応した開口パターン５１ａ〜５１ｃと、遮光パターン５２とを有する。開口パターン５１ａ〜５１ｃは、デバイスで必要なコンタクトホールを形成するために必要なパターンサイズの約２倍程度にリサイズしてある。

一方、図１０は、本実施の形態によってコンタクトホールパターンが選択的に形成された状態を示す半導体基板の平面図である。

まず、上述した第１及び第２の工程を行って、図９（ａ）に示すように、コンタクトホールパターン４２が格子状に配置された基板を作製する。

次に、この基板上にレジストを塗布し、さらにベークして第４のレジスト膜５４（図１０参照）を形成する。

次に、図９（ｂ）に示すフォトマスク５０及び図８（ａ）に示すアパーチャ４３を用いて第４のレジスト膜５４を露光してフォトマスク５０のパターンを第４のレジスト膜５４に転写する。この後、第４のレジスト膜５４を現像処理して、図１０に示すように、選択的にコンタクトホールパターン５３を形成する。つまり、第２の工程で得られた密集するコンタクトホールパターン４２のうち、デバイス作製上で必要なコンタクトホールパターンのみを開ける。

ここで、図９（ｂ）のフォトマスク５０における開口パターン５１ａ〜５１ｃと図１０とを対比して分かるように、連続配置されたコンタクトホールパターン５３を形成するときは、連続したコンタクトホールパターンを１つの単位として開口パターンを形成すればよい。これによれば、１つのコンタクトホールパターンごとに開口パターンを１つ形成する場合（図９（ｂ）の５１ｂ参照）よりも、フォトマスクを簡易に作製できる。

以上のように、本実施の形態によれば、第２の工程により形成されたコンタクトホールパターン群を選択的に残し、他のものをレジスト膜で埋め込むようにしたので、高い解像性を確保しつつ、複数のコンタクトホールを選択的に形成できる。

（第４の実施の形態）
上述した第１の実施の形態における第２のレジスト膜４１の現像処理（図６（ｃ）参照）においては、現像に用いる溶剤の種類によっては第１のレジスト膜３８が溶解することもあり得る。第１のレジスト膜３８が溶解すると、第１のレジスト膜３８のパターンが変形したり、溶解した第１のレジスト膜３８と溶解した第２のレジスト膜４１とが混合したり（ミキシングが起こったり）する。ミキシングが起こると、現像液の濃度が薄まって、第２のレジスト膜４１が所期のパターンに形成されない問題が生じ得る。そこで、本実施の形態では、このようなミキシングを防ぎつつ第２のレジスト膜４１を形成する方法について説明する。

図１１（ａ）〜（ｃ）は、本実施の形態を説明する製造工程断面図である。

上述した第１の工程の代わりに図１１（ａ）〜（ｃ）に示す工程を行い、この後、上述の第２の工程を行うことで、ミキシングを防いで、第２のレジスト膜４１を形成できる。より詳しくは以下の通りである。

まず、図１１（ａ）に示すように、基板３７上に、例えば窒化膜からなる下地加工膜５４を形成する。次いで、第１の工程と同様の手順により、ライン状の第１のレジスト膜３８が周期的に配置されたラインアンドスペースを形成する。

次に、図１１（ｂ）に示すように、第１のレジスト膜３８をマスクとして、下地加工膜５４をリアクティブ・イオン・エッチング等によりエッチングする。

次に、図１１（ｃ）に示すように、下地加工膜５４上の第１のレジスト膜３８を除去する。この結果、ライン状の下地加工膜５４が周期的に配置されたラインアンドスペースが形成される。この後、上述した第２の工程（図６参照）と同様の手順に従って、本工程により形成されたラインアンドスペースに直交するラインアンドスペースを形成する。

本実施の形態においては、図１１（ａ）に示すように、下地加工膜５４上に直接、レジスト膜３８を形成したが、レジスト膜３８と下地加工膜５４との間に反射防止膜を形成してもよい。

以上のように、本実施の形態によれば、第１のレジスト膜３８によるラインアンドスペースの代わりに、下地加工膜によるラインアンドスペースを形成したので、第２のレジスト膜４１の現像工程において、上述のミキシングが発生するのを防ぐことができる。

なお、本発明は、上述した各実施の形態に限定されない。例えば、フォトマスクとして、透過率０のＣｒ（クロム）マスクや、ハーフトーン位相シフトマスクを用いることもできる。その他、本発明の要旨を逸脱しない範囲内で種々に変形して本発明を実施できる。

第１の実施の形態で用いる露光装置の概略図である。 本発明の原理を説明する図である。 本発明の原理を説明する図である。 本発明の原理を説明する図である。 第１の工程によりラインアンドスペースを形成する様子を示す図である。 第２の工程により図５のラインアンドスペースに直交するラインアンドスペースを形成する様子を示す図である。 横軸を２×Ｈ／Ｐとし、縦軸をリソグラフィマージンとして表したグラフ図である。 第３の工程を説明する図である。 第３の実施の形態を説明する図である。 第３の実施の形態によって選択的に形成されたコンタクトホールパターンを有する半導体基板を示す平面図である。 第４の実施の形態を説明する製造工程断面図である。

符号の説明

１１ 光源
１２ フライアイレンズ
１３、２４、３３、３９、４３ アパーチャ
１４ レチクルブラインド
１５ 反射ミラー
１６ コンデンサレンズ
１８ レチクルステージ
１９、２９、３５、４５、５０ フォトマスク（レチクル）
２０ 投影レンズ
２１ ウエハステージ
２２、３７ ウエハ（基板）
２３、３８、４１、４８ レジスト膜
２５ａ、２５ｂ、３４ａ、３４ｂ、４０ａ、４０ｂ、４４ 孔
２６、３６、４６、５１ａ〜５１ｃ 開口パターン
２８、３７、４７、５２ 遮光パターン
４２、４９、５３ コンタクトホールパターン
５４ 下地加工膜
Ｐ ピッチ
Ｈ、Ｍ 幅

Claims (5)

1. 光源とアパーチャとコンデンサレンズとを有する照明系と、前記照明系からの光が入射されるフォトマスクと、前記フォトマスクからの光を基板上に投影する投影レンズとを備えた投影露光装置を用いて前記基板上にコンタクトホールを形成するコンタクトホールの形成方法であって、
   基板上に第１の感光性レジスト膜を形成し、
   第１の方向及びこれに直交する第２の方向に周期的に配置されたマスクパターンを有するフォトマスクと、前記第１の方向に沿って中心点に点対称に配置された第１及び第２の光透過部を有するアパーチャとを用いて、
   sinα=λ／p＞NA×（1+σ） ・・・（式１）
   sinα=λ／p＜NA×（１+σx＋σ） ・・・（式２）
   （λは露光光の波長、ＮＡは前記投影レンズの開口数、σは前記光透過部の半径、σxは前記光透過部の中心と前記アパーチャの中心との距離）
   を満たすように、前記第１の感光性レジスト膜を露光して、前記第１の方向に沿った第１のラインアンドスペースのパターンを前記第１の感光性レジスト膜に転写し、
   露光された前記第１の感光性レジスト膜を現像して前記第１のラインアンドスペースを形成し、
   この後、前記基板上に、第２の感光性レジスト膜を形成し、
   前記第１のラインアンドスペースのパターンの転写に用いた前記フォトマスクと、前記第２の方向に沿って中心点に点対称に配置された前記第１及第２の光透過部を有するアパーチャとを用いて、前記（式１）および（式２）を満たすように、前記第２の感光性レジスト膜を露光して、前記第１のラインアンドスペースのパターンに直交する第２のラインアンドスペースのパターンを前記第２の感光性レジスト膜に転写し、
   この後、前記第２の感光性レジスト膜を現像して、前記第２のラインアンドスペースを形成する
   ことを特徴とするコンタクトホールの形成方法。
2. 前記第２のラインアンドスペースを形成した後、第３の感光性レジスト膜を前記基板上に形成し、
   前記マスクパターンより大きいサイズを有する別のマスクパターンを有する別のフォトマスクを、前記別のマスクパターンが、前記第１及び第２のラインアンドスペースにおけるスペースの直交部に対応する状態に位置合せして、前記第３の感光性レジスト膜を露光し、
   この後、前記第３の感光性レジスト膜を現像する、
   ことを特徴とする請求項１に記載のコンタクトホールの形成方法。
3. 前記マスクパターンのサイズをＨ、前記マスクパターンの配置ピッチをＰとした場合に、
   １＜２×Ｈ／Ｐ＜１．４
   を満たすことを特徴とする請求項１又は２に記載のコンタクトホールの形成方法。
4. 前記別のマスクパターンのサイズをＭとし、前記マスクパターンの配置ピッチをＰとした場合に、
   １＜Ｍ／Ｐ
   を満たすことを特徴とする請求項２又は３に記載のコンタクトホールの形成方法。
5. 前記第１の感光性レジスト膜を形成する前に、被加工膜を形成し、
   前記第１のラインアンドスペースの形成後且つ前記第２の感光性レジスト膜の形成前に、前記第１の感光性レジスト膜を用いて前記被加工膜をエッチングし、前記エッチング後に、前記第１の感光性レジスト膜を除去して、前記被加工膜によるラインアンドスペースを形成する、
   ことを特徴とする請求項１乃至４のいずれかに記載のコンタクトホールの形成方法。

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