JPH04267537A - 露光方法及び半導体素子の製造方法 - 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】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は半導体素子製造用の露光
装置に好適な露光方法に関し、特に所謂位相シフト法を
利用してレチクル面上（マスク面上）に形成した電子回
路パターンを投影レンズを介してウエハ面上に投影露光
する所謂ステッパーや直接ウエハ面上に転写する露光装
置に好適な露光方法に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】半導体素子製造技術の進展は近年益々、
加速度を増しており、それに伴なって微細加工技術は現
在１ＭＤＲＡＭを境にサブミクロンの領域にまで進展し
てきている。微細加工技術によりウエハ面上に形成する
投影パターンの解像力を向上させる一方法として露光光
の波長を固定にして投影光学系のＮＡ（開口数）を大き
くしていく方法がある。

【０００３】この方法はある程度まで解像力は向上する
が一般に投影光学系の焦点深度がＮＡの２乗に反比例し
てくる為、サブミクロンまでの高解像力を得ようとする
と焦点深度が浅くなり、製造誤差等によりＮＡを大きく
した分解像力を向上させるのが難しくなってくる。

【０００４】又、高解像力化を図る他の一方法として波
長の短い光、例えばエキシマレーザに代表される光源か
らの光を用いる方法がある。この短波長の光を用いると
解像力の向上と共に波長比の分だけ焦点深度が深くなっ
てくる。

【０００５】この他、最近では高解像力化を図る方法と
して所謂位相シフト法を適用した位相シフトマスクを用
いる方法があり、例えば特公昭６２−５０８１１号公報
、日経マイクロデバイス、１９９０年７月号１０８頁そ
してＩＥＥＥ（ＶＯＬ．ＥＤ−２９．Ｎｏ１２，１９８
２）等で種々と提案されている。

【０００６】この方法は従来のマスクパターンを形成す
る透明パターン部の一部に通過光束に例えば１８０度の
位相差を付与する透明薄膜（位相シフト膜）を形成し、
これによりマスクパターンの解像力及びコントラストを
向上させる方法である。投影光学系の解像力ＲＰは波長
をλ、係数をｋ１　とすると一般に ＲＰ＝Ｋ１　・λ／ＮＡ で示される。係数Ｋ１　は通常のマスクを用いた場合は
Ｋ１　＝０．７〜０．８である。これに対して位相シフ
ト法を用いると係数Ｋ１はＫ１　＝０．３５程度となり
、解像力を大幅に向上させることができる。

【０００７】このような解像力の向上はドラスティック
なものであり、従来の光リソグラフィの限界を広げるも
のとして注目されている。

【０００８】位相シフトマスクには種々のタイプのもの
があり、例えば比較的効果の高いものとして空間周波数
変換型（Ｌｅｖｅｎｓｏｎタイプ）と呼ばれるものがあ
る。

【０００９】

【発明が解決しようとする課題】空間周波数変換型の位
相シフトマスクは位相シフト効果が良好で比較的容易に
高解像力化を図ることができるが （イ），位相シフト膜を付けれないパターンが存在する
こと （ロ），（イ）に関連してネガ型レジストを使用せざる
を得ないこと等の問題点があった。

【００１０】図８は位相シフト膜を付けることができな
いパターンの一例である。同図において斜線で示した領
域８１は不透過領域、白い領域８２は透過領域である。 このような連続パターンの場合には位相シフト膜を例え
ば領域３に付けると、その境界Ｂで光強度が０となり境
界線が現われてきて、結像させるパターンを歪ませてし
まう。

【００１１】これに対して多段の位相シフト膜を設けて
境界線の発生を防止する方法が応用物理学会秋期講演会
予稿集、４９１頁、１９９０年で提案されている。

【００１２】しかしながらこの方法は作成が大変面倒で
あり、又余分な工程を経なければならないといった問題
点があった。

【００１３】本発明はパターンの方向性に着目し、その
方向性を利用することにより位相シフト膜を付ける制限
を解除し、どのようなパターンであっても位相シフト膜
の付着も可能とし、又ネガ型レジストを用いずに従来よ
り実績のあるポジ型レジストを用いたプロセスを構築す
ることができ、高解像力のパターン像が容易に得られる
露光方法の提供を目的とする。

【００１４】

【課題を解決するための手段】本発明の位相シフト膜を
付けるのに制約があるというのはもともとＩＣパターン
自体の特殊性であり、この意味から言ってパターンの方
向性を利用するのは許容される為、このときのパターン
の方向性に着目しその方向性を利用することによって位
相シフト膜を付ける制限を解除したことを特徴としてい
る。

【００１５】即ち、本発明の露光方法ではパターンに位
相シフト膜をかけときに生じる境界線を、位相シフト膜
をかけた効果のでる方向と直交する方向に微小量ずらし
て多重露光することにより、除去することを特徴として
いる。

【００１６】例えば位相シフト膜の効果を期待できる方
向、例えばパターンの空間周波数の高い方向と直交する
方向にずらし多重露光することによって、効果のでる方
向に関しての位相シフト効果を何ら損なうことなく位相
シフト膜の境界線を除去している。この結果、従来問題
となっていたパターンに対する制約もなく、ポジレジス
トを用いて微細なパターンを形成することを可能として
いる。

【００１７】

【実施例】図１は本発明に適用可能な位相シフトマスク
１０のパターン概略図である。同図は従来よりポジレジ
ストでは困難とされていた図８と同様のパターンに対し
て位相シフト膜を施した場合を示している。

【００１８】図中ハッチングした領域２が不透過のクロ
ムパターンであり、それを取囲む空白の領域１１がガラ
ス等の透過部を示している。このように透過部がつなが
っているパターンを用いた場合には従来では位相シフト
膜を前述した理由により付けることができなかった。

【００１９】本実施例では領域１１のうち透過部の領域
３に位相シフト膜を施し、ｘ方向の断面において位相シ
フト膜の効果を得ている。

【００２０】図２は図１の位相シフト膜３を施した位相
シフトマスク１０の線分Ａ上での断面概略図である。図
中１はガラス基板、２は不透過のクロムパターン、３は
透過部２１の一部に設けた位相シフト膜である。

【００２１】図３は図１に示す位相シフトマスク１０を
通常の露光方法に従い露光したときのポジレジスト面上
に形成されるパターン像（レジスト像）の説明図である
。図中斜線で示した領域１２は光が当たらず、その結果
レジストが残っている領域である。同図において線分Ａ
上では位相シフト膜の効果で解像力が向上している。 これに対して位相シフト膜を施した透過部の境界Ｂでは
位相シフト膜の形状に対応した、ここでは直線状になっ
ている。本来は所望していない線Ｂａが形成されている
。

【００２２】従来この余分な線Ｂａにより連絡してしま
うようなパターンに対しては位相シフト膜を施すことが
できなかった。

【００２３】一般に図１のようなパターンは位相シフト
膜を適用する場合の最も典型的なパターンであると考え
られ、線分Ａと線分Ｂａとの関係も最も生じやすい例で
あると考えられている。又線分Ａと線分Ｂａとは互いに
直交する関係にある場合が多い。

【００２４】そこで本実施例では前述した方法により多
重露光を行ない線分Ａに対する位相シフト効果を温存し
、余分な線分Ｂａを多重露光により消去させている。

【００２５】即ち、本発明では第１回目の露光を行なっ
た後に所定量、所定方向（ｙ方向）にウエハとパターン
との相対的位置をずらし、然る後に再度露光をかけるこ
とを特徴としている。ずらす方向は余分な線Ｂａと直交
するｙ方向、換言すると実際に位相シフト膜の効果で解
像力を向上させたパターンの空間周波数の高いｘ方向と
直交するｙ方向である。

【００２６】図４は図１の位相シフトマスク１０を露光
したときに形成される図１の線分Ｃの断面における光の
像強度分布の説明図である。図４は図１の示したパラメ
ータでａ＝２０μｍ、ｂ＝５μｍとしたとき、ｉ線でＮ
Ａ０．５、照明系のσ０．５という系で得られる像強度
分布を示している。縦軸は任意ユニットで書いた光の強
度Ｉである。又図４には像強度分布に重ねあわせてもと
のチャートの振幅分布も記している。光の強度分布は位
相シフト膜の線分Ｂの存在しているところで位相の反転
に伴なう急激な落ちがあり、後はフラットとなっている
。従来の露光装置ではこの落ちの存在のために位相シフ
ト膜を設定できなかった。

【００２７】本発明ではこのときの落ちこみ量をウエハ
をずらして多重露光をかけて補正している。ここで実際
に露光を行なう場合、レジストが現像処理後十分な量だ
け残る露光量を例えば０．５とし、強度Ｉ＝０．５のと
ころでの強度分布の幅を図のように２αとすると、簡単
のため位相シフト膜の丁度エッジでの強度を近似的に０
とすればずらし量はα以上であることが望ましい。

【００２８】このようにすれば位相シフト膜のところで
生じる特異点的な強度０となる箇所にも光が入射するよ
うになり、レジストが感光されて、位相シフト膜の跡を
消去することができる。ずらし量は勿論レジストのプロ
セス条件等によって変わるが、最低必要なずらし量は光
の強度分布、例えば図４に示した強度分布の落ちが対応
している線像強度分布の広がりに対応して設定している
。ずらし量をα以上としたことは線像強度分布の半分以
上のずれが必要となることに対応している。

【００２９】図５は本発明に基づいて図１のパターンを
ｙ方向にΔだけずらして多重露光を行なった例を模式的
に示した説明図である。ここではずれ量ΔをΔ＝２αと
している。これによって従来の露光方法では図３に示す
ような余分な線分Ｂａを有したパターン像が得られるが
本発明によれば図６に示すような元のパターンと同様の
パターン像が得られる。

【００３０】尚、本発明では図１のパターンを焼き付け
たときの実際に得られるパターン像は図６のようになっ
ている。即ちパターンをずらした結果、パターンシフト
が生じ ａ→ａ＋Δ ｂ→ｂ−Δ というずれが生じる。この変換差はずらし方向のみに起
こり、＋方向にずれるか−方向にずれるかは空白部を囲
んでいるパターンであるか（この場合＋）、逆に囲まれ
ているパターンであるか（この場合−）によって定まる
。あらかじめレジストプロセス条件や、ステッパー側の
光学系の条件よりずらしの量と方向さえ定めておけば、
最終的に生じる焼き付けパターンの原マスクからのシフ
トが＋方向か−方向かはＩＣパターンレイアウトの時に
位相幾何学的に容易に定めることができる。

【００３１】これは従来問題となっていたマスク作成の
際のＣＡＤの問題を大きく改善するもので、ＣＡＤによ
るパターンの自動発生をコンピュータの大きな負荷無し
に実行できるという大きなメリットを持っている。

【００３２】又、この場合位相シフト膜の効果があらわ
れる方向であるｘ軸方向、即ち線分Ａの断面では解像力
の劣化は全く起こっていない。

【００３３】このように本発明に従えば、従来大きな問
題となっていた位相シフト膜に対する制約を殆ど除去す
ることが可能となる。ずらす方向に対する解像にはずら
し量Δに対応する制限が発生するが、これはパターン設
計上の工夫で配慮できる。従って半導体素子を製作する
際、位相シフトマスクを必要とする各レイアーのパター
ンの設計に対し主となる解像方向を決め、それに応じて
位相シフト膜を配置し、露光の際にずらして多重露光を
行なえば全体としてパターン像の微細化を容易に実現す
ることができる。

【００３４】尚、以上はずらしを実際に行なう手段とし
て実際に露光の行なわれるウエハを動かして露光を行な
うことを示したが、本発明の骨子は露光物と被露光物の
相対的位置関係を変えれば実現できる。例えばウエハ側
を固定しておいて位相シフトマスク側を動かしても全く
同一の効果が得られる。この場合ずらし方向は同一であ
り、又ずらし量に投影光学系の倍率がかかるのは当然で
ある。

【００３５】又、本発明の実施例１では２回の多重露光
で位相シフト膜の影響による境界線を消去した場合を示
したが、これをもっと多数回の露光で実現することや連
続的にずらすことによって実現することも勿論可能であ
る。離散的に露光を与える場合にはシャッターの開閉動
作に伴なう過渡時間によりタイムロスが存在するが、連
続的に行なう場合にはそのような制約がなく処理能力を
向上させることが可能となる。

【００３６】図７は本発明に適用可能な、他の位相シフ
トマスク７１のパターン概略図である。本実施例では図
１の実施例と異なるのは位相シフト膜を施す領域７２を
クロムのパターンで覆っていることである。

【００３７】これによって図１の場合よりもｙ方向にお
けるパターン対位相シフト膜の位置合わせエラーが軽減
させている。線分Ｄ上のパターンの断面構造は図１の線
分Ａと同一で、図２に示すようになっている。

【００３８】本実施例ではパターンの空間周波数が高い
ｘ方向に直交するｙ方向に位相シフトマスクと被露光物
（ウエハ）との相対的位置をずらしている。

【００３９】本実施例では図中に幅Ｐで示すクロムパタ
ーンの影響で図１の場合よりずらし量が大きくなる。実
際には位相シフト膜とクロムパターンとの位置合わせ誤
差を救済するため幅Ｐの値は位置合わせ誤差を救済でき
る範囲でできるだけ小さい値が望ましい。しかしながら
この場合にもずらし方向は位相シフト膜を付けて解像力
を向上させようとするｘ方向と直交するｙ方向に行なう
ため位相シフトマスクの効果は温存される。

【００４０】

【発明の効果】本発明の露光方法によれば位相シフト膜
を施した位相シフトマスクを用いて電子回路パターンを
被露光物に転写する際、前述の如く位相シフトマスクと
被露光物との相対的位置関係をずらして多重露光するこ
とにより、パターン像の解像力及びコントラストを向上
させることができ、又従来よりプロセス的に確率された
ポジレジストを用いてのパターン像の微細化を可能とす
ることができる。

【００４１】又、本発明によれば所定方向にずらした後
の露光方法はずらし方向に対し位相幾何学的判断によっ
てずらしの影響を足したり、引いたりすることによって
簡単に位相シフト用のパターンを生成でき、パターン設
計が容易になる等の特長を有している。

【図面の簡単な説明】

【図１】　　本発明に適用可能な位相シフトマスクのパ
ターン概略図

【図２】　　図１の線分Ａの断面概略図

【図３】　　図
１の位相シフトマスクを従来の露光方法で焼き付けたと
きのパターン像の概略図

【図４】　　図３の線分３の断面概略図

【図５】　　本
発明の原理を示す説明図

【図６】　　本発明によって得
られるパターン像の説明図

【図７】　　本発明の適用可
能な他の位相シフトマスクのパターン概略図

【図８】　　一般的な位相シフトマスクのパターン説明
図

【符号の説明】

１　　ガラス基板 ２　　クロムパターン ３　　位相シフト膜 １０　　位相シフトマスク １１　　透明部 Ａ　　位相シフト膜の効果が期待される線分Ｂ　　位相
シフト膜の境界線 Ｃ　　位相シフト膜の効果が期待されない線分２１　　
透過部

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】　　位相シフト膜を施した位相シフトマス
   クを被露光物に露光する際、該位相シフト膜を形成した
   パターンの空間周波数の高い方向と直交する方向に該位
   相シフトマスクと該被露光物との相対的位置をずらして
   多重露光するようにしたことを特徴とする露光方法。