リソグラフ方法
【課題】全てのフィーチャーの解像度を高め、かつ、安価で簡単に実現することができる解像度向上方法を提供する。
【解決手段】半導体デバイス又はリソグラフ用マスクのような製品を製造するためのリソグラフ方法において、基板上に材料を塗布し、パターン付けし、パターン付層を用いる一連のステップにより製品を製造する。所望のパターンは第１のパターンの像をエネルギー感受性材料層中に描画することにより生成される。この像を現像し第１のパターンを生成する。第２の像を、第１のパターン上に形成されたエネルギー感受性材料層中に形成する。第２の像を現像する。所望のパターンを第１のパターン及び第２のパターンから現像する。
【解決手段】半導体デバイス又はリソグラフ用マスクのような製品を製造するためのリソグラフ方法において、基板上に材料を塗布し、パターン付けし、パターン付層を用いる一連のステップにより製品を製造する。所望のパターンは第１のパターンの像をエネルギー感受性材料層中に描画することにより生成される。この像を現像し第１のパターンを生成する。第２の像を、第１のパターン上に形成されたエネルギー感受性材料層中に形成する。第２の像を現像する。所望のパターンを第１のパターン及び第２のパターンから現像する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明はデバイス及びマスク製造のためのリソグラフ方法に関する。更に詳細には、本発明はこのようなリソグラフ方法のための解像度向上方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
デバイス製造のためのリソグラフ方法において、輻射線は一般的に、パターン付きマスク（別名、「レチクル」とも呼ばれる）に投射され、マスクを透過した輻射線は更に基板上に形成されたエネルギー感受性材料に透過される。輻射線をパターン付きマスクを透過させることにより、輻射線自体にパターンを付け、そして、エネルギー感受性レジスト材料がこのパターン付き輻射線で露光されると、パターン像がエネルギー感受性レジスト材料中に描画される。その後、この像はエネルギー感受性レジスト材料中で現像され、そして、下部の基板内に転写される。集積回路デバイスは、半導体基板上に形成された異なる材料をパターン付けするために、このような一連の露光を用いて製造される。
【０００３】
集積回路デバイスは、非常に多数の個々のデバイスと、これらデバイス間の相互接続とからなる。形状及び寸法は個々のデバイスで変化する。パターン密度（すなわち、パターンの単位面積当たりのパターンフィーチャー(feature)の個数）も変化する。従って、集積回路デバイスを画成するパターンは非常に複雑であり、均一ではない。
【０００４】
パターンの複雑性及び密度が高まるにつれて、パターン生成に使用されるリソグラフツールの精度を高めることが必要となる。リソグラフツールの精度は、パターン解像度により示される。解像度が良くなるほど、マスクパターンと、リソグラフツールにより生成されるパターンとの間の一致性が高まる。リソグラフツールにより付与されるパターン解像度を高めるために多くの方法が使用されている。最も一般的に行われている方法は、短波長の輻射線を使用することである。しかし、露光波長が遠紫外線領域（例えば、２４８ｎｍ、１９３ｎｍ及び１５７ｎｍ）である場合、この方法はもはや実現性が無い。解像度を高めるために、１９３ｎｍ未満の波長を使用することは不可能である。なぜなら、光リソグラフカメラのレンズに使用される物質は、この短波長の輻射線を吸収するからである。
【０００５】
単に短波長輻射線を使用すること以外の解像度向上方法も提案されている。これらの解像度向上方法は、コンデンサからのエキゾチック照射（例えば、４極照射）、瞳孔フィルタ、位相マスク、光学的近接補正及びこれらの技術を組み合わせて使用することにより、現存のカメラでも高い解像度を得ることができる。しかし、このような方法は一般的に、幾つかの個々のパターン形についてしか解像度を改善しない。解像度が高められる形状は臨界形状として同定される。その他の多数の形状の解像度は、このような解像度向上方法によっては改善されず、むしろ、実際には劣化される。従って、現在の解像度向上方法は、臨界形状の解像度向上と非臨界形状の解像度劣化との間を折衷することが必要である。このような折衷は通常、非臨界形状の照射における顕著な劣化を避けるために、臨界形状の最適下限照射を必要とする。
【０００６】
マスク内の様々な異なる形状の投射リソグラフィにおけるマスク形状照射をカスタマイズするための解像度向上方法が提案されている。このような方法は例えば、K. Matsumotoらの“Innovative Image Formation: Coherency Controlled Imaging”，SPIE，Vol.2197，p.844（1994）に記載されている。この方法は、各形状のマスクへの輻射線入射をカスタマイズするために、追加マスクと追加レンズを使用する。同様なシステムは、Kamon,K.,"Proposal of a Next-Generation Super Resolution Technique," Jpn. J. Appl. Phys., Vol.33, Part 1, No.12B, p.6848(1994)に記載されている。
【０００７】
Matsumotoら及びKamonらの論文に記載された解像度向上方法では、第１のマスクは第２のマスクのフィーチャー(feature)と同じフィーチャーを有する。第１のマスクのフィーチャーは、マスクに入射する輻射線を回折し、回折された輻射線は第２のマスクの同じフィーチャーを照明する。例えば、第１のマスクの格子パターンを透過した輻射線は第２のマスクの同じ格子パターンに投射される。同様に、第１のマスクの分離ラインを透過した輻射線は、第２のマスクの同じ分離ラインに投射される。第１のマスクからの回折エネルギーが第２のマスクの同じフィーチャーを照明する場合、得られる像は、パターンの四極照明により得られる像よりも大抵優れている。従って、この解像度向上方法により、四極システムを用いる常用の軸外れ照明よりも優れた空中像コントラスト（即ち、投射レンズの焦点面中の像）がもたらされる。
【０００８】
前記の解像度向上方法は、四極照明よりも一層複雑なフィーチャーについてカスタマイズされた照明を行うことができる。しかし、前記の方法は、パターン中の全てのフィーチャーの解像度を改善することはできない。更に、この２枚マスクシステムは高価であるばかりか、複雑である。特に、このシステムは、マスクの代わりに、２枚の正確にパターン付されたマスクを必要とする。第１及び第２のマスク上の対応するフィーチャーは正確に整合していなければならない。第１及び第２のマスクのアライメントも必須要件である。更に、第１のマスクのフィーチャーが均一に照明されるので、この方法は限られた用途にしか使用できない。従って、パターン付マスクの非カスタマイズ照明に伴う問題はこの方法では解消されず、単にシステムの光学系へ更に後退するだけである。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
従って、本発明の目的は、全てのフィーチャーの解像度を高め、かつ、安価で簡単に実現することができる解像度向上方法を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
前記課題は、本発明の、副波長解像度によるリソグラフ方法により解決される。本発明のリソグラフ方法は、デバイス製造又はマスク製造に使用される。本発明では、第１のパターン像を画成する第１のマスクフィーチャーを通して輻射線を投射することにより、パターン像はエネルギー感受性レジスト材料中に描画される。輻射線は特定の波長（例えば、２４８ｎｍ，１９３ｎｍなど）の光である。輻射線は、電子ビーム又はイオンビーム輻射線も含む。次いで、この第１のパターンは現像され、そして、特定の実施態様では、下部の基板に転写される。この第１のパターンを「中間フィーチャー」と呼ぶ。中間フィーチャーは、第１のマスクフィーチャーの像をエネルギー感受性レジスト材料中に転写するのに使用される輻射線の波長よりも大きいか又は概ね等しい寸法を有する。フィーチャーが生成される像は副波長サイズ寸法を有する像よりも解像し易いので、中間フィーチャーは、露光輻射線の波長よりも大きいか又は等しい寸法を有することが好ましい。また、露光輻射線の波長よりも大きいか又は等しい寸法を有するフィーチャーの像を生成するには低近接効果相関が必要であり、その結果、副波長寸法を有するフィーチャーの像を形成するのに比べて、僅少な逆方向回折効果を被る。逆方向回折効果は、コントラスト損、強度損、逆方向近接効果などを含む。
【００１１】
次いで、エネルギー感受性材料層を、中間フィーチャーを有する基板上に生成する。その後、第２の像を画成する第２のマスクフィーチャーを通して輻射線を投射することにより、パターン像をエネルギー感受性材料中に導入する。第２の露光に使用される輻射線は、第１の露光に使用された輻射線と同じ波長を有する必要はない。この第２の像は第２のパターンに現像される。この第２の像を「第２の中間フィーチャー」と呼ぶ。第２の中間フィーチャーは、レジスト材料中への第２の像の描画に使用される輻射線の波長よりも大きいか又は概ね等しい寸法を有する。露光輻射線の波長よりも大きいか又は等しい寸法を有する中間フィーチャーを形成することによりもたらされる効果は前記に説明した通りである。第１のマスクフィーチャー及び第２のマスクフィーチャーは協働して、所望のパターンフィーチャーを画成する。所望のパターンフィーチャーは、第１のマスクフィーチャーから形成された第１の中間フィーチャー及び第２のマスクフィーチャーから形成された第２の中間フィーチャーにより画成される。或る実施態様では、第１の中間フィーチャー及び第２の中間フィーチャーはパターンフィーチャーを画成する。このパターンフィーチャーは下部の基板に転写される。別の実施態様では、パターンフィーチャーは、第１の中間フィーチャーと第２の中間フィーチャーとの間の重複部により画成される。この実施態様では、パターンフィーチャーは、第１の中間フィーチャーと第２の中間フィーチャーとの非重複部を選択的に除去することにより形成される。
【発明の効果】
【００１２】
以上説明したように、本発明によれば、露光輻射線の波長よりも小さな寸法を有するフィーチャーを形成することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】本発明の方法を実施する一連の処理の一例を示す流れ図である。
【図２】本発明の方法を実施する一連の処理の別の例を示す流れ図である。
【図３】本発明の方法を実施する一連の処理の他の例を示す流れ図である。
【図４】第１のマスクパターンと第２のマスクパターンと、これらから形成されたフィーチャーの平面図である。
【図５】２種類のマスクパターンと、このパターンから形成されたフィーチャーの平面図である。
【図６】２種類の正方形マスクパターンと、このパターンから形成された概ね楕円形の接点孔の平面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
図１を参照する。ステップ１において、輻射線２０はマスク１０によりパターン付けされる。パターン付けされた輻射線は、マスク１０の像をエネルギー感受性ホトレジスト層２５に導入する。ステップ２において、層２５内の像は現像され、ホトレジストマスクを形成する。ステップ３において、このホトレジストマスクパターンは、シリコン基板３５上に形成された下部硬質マスク材料層３０中にエッチングされる。酸化シリコン、窒化シリコン及びスピンオンガラスのような常用の硬質マスク材料が好適である。その後、エネルギー感受性ホトレジスト層３６を、パターン付けされた硬質マスク材料層上に形成する。ステップ４において、マスク４０の像をホトレジスト３６に導入する。マスク４０の像はパターン付けされた硬質マスク材料層３０と重複する。ステップ５において、この像を現像し、パターン付けされたレジスト層３６を得る。得られた構造物は、基板３５上に形成された、第１のパターン付けされた硬質マスク３０と第２のパターン付けされたレジスト層３６を有する。これら２つのパターン付けされた層は一緒にフィーチャー４５を画成する。このフィーチャー４５は、露光輻射線の波長よりも小さな寸法を有する。ステップ６において、パターン付けされた層３０及び３６を使用し、フィーチャー４５を下部の基板３５に転写する。常用のエッチング手段はこの目的のために好適である。ステップ７において、パターン付けされた層３０及び３６は、基板３５内にエッチングされたフィーチャー４５を有する基板３５から除去される。
【００１５】
図２を参照する。ステップ１において、輻射線１０１はマスク１００を通して投射される。輻射線はパターン像をエネルギー感受性レジスト層１０２内に導入する。エネルギー感受性レジスト層１０２は、シリコン基板１０４上に形成された硬質マスク材料層１０３上に形成されている。この処理シーケンスにおいて、フィーチャーは硬質マスク材料層中に形成されるので、硬質マスク材料は、誘電体（例えば、酸化シリコン、窒化シリコン）又は金属の何れかである。硬質マスク材料は誘電体であることが好ましい。なぜなら、マスキング層として金属を使用することに伴い、汚染問題が生じるからである。ステップ２において、パターンはエネルギー感受性レジスト層１０２内で現像される。ステップ３において、パターンはレジスト層１０２から、硬質マスク材料層１０３へ転写される。その後、得られた構造物上にエネルギー感受性材料層を形成する。ステップ４において、輻射線１１０をマスク１０５を通して投射し、そして、パターン付けされた輻射線がパターン像をエネルギー感受性レジスト層１０６中に描画する。ステップ５において、このパターンをエネルギー感受性レジスト層１０６中に現像する。図示されているように、現像されたレジスト層１０６は、パターン付けされた硬質マスク１０３の一部の上で重複している。この重複領域１０７が所望のパターンである。ステップ６において、現像されたレジスト層１０６により被覆されていない、パターン付けされた硬質マスク層を除去する。ステップ７において、現像レジスト層１０６を除去する。得られたフィーチャー１０８は、重複領域１０７におけるパターン付硬質マスク層の一部である。ステップ３及び５で現像されたパターンの寸法は、露光輻射線の波長よりも大きく、フィーチャー１０８の寸法は露光輻射線の波長よりも小さい。このようにして、本発明の方法は、露光輻射線の波長よりも小さな寸法を有するフィーチャーを形成するために使用される。
【００１６】
図３を参照する。本発明の方法において、ネガ型レジスト材料を使用する。ネガ型レジストが輻射線に対してパターン毎に露光され、そして、その像が現像される場合、レジストの露光部分が残り、レジストの非露光部分が現像される。ステップ１において、輻射線２０１はマスク２００を通して投射される。輻射線はパターン像をエネルギー感受性レジスト層２０２に描画する。エネルギー感受性レジスト層２０２は、シリコン基板２０４上に形成された第２の層２０３上に形成されている。第２の層２０３は一般的に、誘電体層である。この実施態様では、層２０３は硬質マスクとして機能しない。従って、層２０３の特定の材料を選択する基準は、製造されるデバイスにより決定される。ステップ２において、パターンはエネルギー感受性レジスト層２０２内に現像される。ステップ３において、エネルギー感受性材料層２０６を得られた構造物上に形成する。ステップ４において、輻射線２１０をマスク２０５を通して投射し、そして、パターン付けされた輻射線はパターン像をエネルギー感受性レジスト層２０６に描画する。ステップ５において、パターンはエネルギー感受性レジスト層２０６内に現像される。ステップ５においてパターンを現像するために使用される溶剤は、下部のパターン付レジスト層２０２は溶解しないが、層２０６の非露光部分を選択的に溶解する。下部のパターン付レジスト層２０２を溶解せず、レジスト層２０６を選択的に現像するための特定の溶剤の選択は当業者により容易に為し得る。特に、パターン２０６を現像するために第１の溶剤が選択される場合、パターン付層２０２の極性は、第１の溶剤には溶解しないような極性を有する。本発明のこの実施態様に好適なレジスト材料及び好適な溶剤は当業者に公知である。選択的現像及び光学的な二重層レジストについては、Moreau,W.M., et al., "Semiconductore Lithography Principles, Practices and Materials," p.586(1987)に詳述されている。現像されたレジスト層２０２及び２０６はスペース２０７を画成する。このスペース２０７が所望のフィーチャーである。このフィーチャーは、ステップ６において、第２の層２０３に転写される。ステップ７において、現像レジスト層２０２及び２０６は除去される。ステップ３及び５で現像されたパターンの寸法は露光輻射線の波長よりも大きいが、フィーチャー２０７の寸法は露光輻射線の波長よりも小さい。このようにして、露光輻射線の波長よりも小さな寸法を有するフィーチャーを形成するために、本発明の方法が使用される。
【００１７】
言うまでもなく、多数の異なるパターンは本発明の重複パターンを使用ことができる。パターンの一例を図４に示す。図４において、第１のパターン３００は、図１のステップ１〜３で説明したように、レジスト中で現像され、そして、シリコン酸化物層中に転写される。パターン３００は、一連のラインとスペースを画成する第１のマスク（図示されていない）を通して輻射線を投射することにより得られる。マスクを通して投射される輻射線は、エネルギー感受性レジスト内にマスクパターンの像を画成する。その後、この像は、輻射線に露光されたレジスト部分を選択的に除去する現像剤を用いて現像される。エネルギー感受性レジスト内の現像パターンは、下部の酸化シリコン層３０１に転写される。シリコン基板上の一連のライン３０１である第１のパターンが得られる。図４に示されたパターンの平面図では、領域３０１はシリコン酸化物の領域であり、領域３０２は基板表面である。
【００１８】
エネルギー感受性レジスト層３０９をパターン上に形成する。パターン像をエネルギー感受性レジスト層中に描画する。この像３１０は、輻射線に露光された領域３１１と、輻射線に露光されない領域３１２とにより画成される一連のラインとスペースからなる。一連のライン及びスペースを画成するマスクを通して、エネルギー感受性レジスト層上に輻射線を投射することにより、前記像をエネルギー感受性レジスト層中に描画する。エネルギー感受性レジスト層３０９内の像３１０と下部パターン３００との関係は、点線３０５で示される。この関係は、露光領域３１１の端部が下部のライン３０１の端部を越えて延びるような関係である。露光領域３１１の端部が下部のライン３０１の端部を越えて延びる間隔は、所望のフィーチャーの幅である。所望のフィーチャーの幅は露光輻射線の波長よりも小さい。例えば、露光輻射線の波長は２４８ｎｍであり、間隔３０４は５０ｎｍである。
【００１９】
像３１０がエネルギー感受性レジスト３０９内に画成された後、エネルギー感受性レジスト材料の露光部分３１１を除去することによりパターンを現像する。点線３０５は下部ライン３０１の端部を示す。間隔３０４は、層の残余部分３０９と酸化シリコンライン３０１との間の露光された下部基板部分である。層の残余部分３０９及び酸化シリコン３０１のラインは、幅３０４のトレンチを下部基板に転写するためのエッチングマスクとして機能する。その後、層の残余部分３０９及び酸化シリコンライン３０１を基板表面から除去する。得られたパターン
３２０（すなわち、基板中に形成されたトレンチ３１５を有する基板３１４）の平面図を図４に示す。酸化シリコンライン３０１及び上部ホトレジスト層内露光部分３１１の端部と下部ライン３１１の端部との間の差がトレンチ３１５となる。所望のパターン３２０は、第１のマスクからの第１のフィーチャーの端部と第２のパターン３１０内のレジストフィーチャー３１１の端部との間の間隔により画成される領域である。
【００２０】
本発明の方法を用いて形成されるパターンの別の実施態様を図５に示す。図５において、第１のパターン４００はレジスト内に現像され、そして、図２のステップ１〜３で説明したように、酸化シリコン層内に転写される。パターン４００は、リングを画成する第１のマスク（図示されていない）を通して輻射線を投射することにより得られる。マスクを通して投射される輻射線は、エネルギー感受性レジスト内にマスクパターン像を画成する。その後、輻射線に露光されたレジスト部分を選択的に除去する現像剤を用いて、この像を現像する。次いで、エネルギー感受性レジスト内の現像パターンを下部の酸化シリコン層４０１に転写する。シリコン基板４０２上の酸化シリコンリング４０１からなる第１のパターンが得られる。図５に示されたパターンの平面図において、領域４０１は、酸化シリコンの領域であり、領域４０２は露光基板表面である。
【００２１】
エネルギー感受性レジスト層４０９をリングパターン４００の上に形成する。パターン像をエネルギー感受性レジスト内に描画する。この像４１０は、輻射線に露光されない領域４１１と輻射線に露光された領域４１２により画成される円である。円を画成するマスクを通して輻射線をエネルギー感受性レジスト層に投射することにより、前記像をエネルギー感受性レジスト内に描画する。エネルギー感受性レジスト層４０９内の像４１０と下部パターン４００との間の関係は点線４０５で図示される。この関係は、リングの内端が非露光円形領域４１２内であり、この領域４１２と同心円状であるような関係である。パターン４００の内側リングの端部と非露光円形領域４１１の外側端部との間の間隔４０４は所望のフィーチャーの幅である。所望のフィーチャーの幅は露光輻射線の波長よりも小さい。例えば、露光輻射線の波長は２４８ｎｍであり、間隔４０４は５０ｎｍである。
【００２２】
像４１０がエネルギー感受性レジスト４０９内に画成された後、エネルギー感受性レジスト材料の露光部分４１１を除去することによりパターンを現像する。点線４０５は下部のリングパターン４００の端部を示す。間隔４０４は、エネルギー感受性レジスト材料４１２の下部の酸化シリコンリング部分と共に、エネルギー感受性レジスト材料４１２の露光部分を除去した後、エネルギー感受性レジスト材料４１１の非露光部分により被覆される下部の酸化シリコンリング部分である。図２のステップ６を参照する。酸化シリコンリングの残余部分は、酸化シリコン１０７に相当する。その後、エネルギー感受性レジスト層４０９の残余部分を除去する。得られたパターン４２０は、シリコン基板４１４上に形成された酸化シリコンリング４１５である。
【００２３】
露光輻射線の波長よりも小さな寸法を有する接点孔も本発明の方法を用いて形成される。接点孔は、矩形又は正方形の第１の中間パターンを形成することにより作製される。正方形の角部を有する像から得られるパターンは、若干丸みの付いた角部を有する。丸みのついた角部を有する第１のパターンが現像された後、エネルギー感受性材料層をこのパターン上に形成し、そして、第２の正方形又は矩形の像をこの材料層中に生成する。第２の正方形又は矩形像は、一つの角部が丸みのついた角部を有する下部パターンの一つの角部と重複するように配置される。その後、第２の正方形又は矩形像を現像する。得られたパターンも前記パターンと同様に、丸みのついた角部を有する。その後、第１のパターンと第２のパターンの重複部分により画成されるパターンを現像する。このパターンは、丸みのついた角部の重複パターンから創成されるので、得られたパターンは２つの丸みのついた角部により画成される。従って、得られたパターンは楕円形又は円形に近似している。矩形５０１及び５０２の角部が重複することにより画成されるような生成パターン５００は、図６に示される。概ね楕円形のパターン５００が点線により画成されている。
【実施例】
【００２４】
実施例１
４枚一組のバイナリレチクル（マスク）をDupont Photomask Inc.から購入した。レーザ装置を用い、多数の異なるパターンが画成されたマスクを調製した。多数のパターンの２種類の具体例は図４及び図５に示される。レチクルアドレススペース（すなわち、マスク内のアドレス可能ユニット（ピクセル）のサイズ）は４０ｎｍであった。マスク上の最小フィーチャーの寸法は１μｍであった。マスクの位置合せ規格は６０ｎｍであった。暗視野と明視野照明及びポジ型とネガ型レジストの異なる組み合わせを使用するために、４枚のマスクのうちの２枚のマスクのパターンは、他の２枚のマスクのパターンのネガである。露光用に、ＸＬＳ７８００リソグラフ露光装置を使用した。この装置は、Ultratech Stepper, Inc.により製造販売されている。この装置の拡大倍率は４倍であり、使用する露光波長は２４８ｎｍであり、σコヒーレンス係数は０．７４であり、ＮＡ（開口数）は０．５３である。この実施例で使用したポジ型エネルギー感受性レジスト（以下「ホトレジスト」という）は、米国マサチューセッツ州のマールボローに存在するShipley Companyから市販されているＵＶ６（登録商標）であった。この実施例で使用したネガ型ホトレジスト は、Shipley Companyから市販されているＵＶ２（登録商標）であった。
【００２５】
様々な形状を有する各種の構造体を作製するために、多数のマスクパターンを使用した。このようなマスクパターンの一例は、図１におけるパターン３００を作製するために使用された、ライン及びスペースからなるパターンである。ライン及びスペースの幅は０．２５μｍであった。所望のパターンを形成するための協働する２枚のマスクの別の具体例は、リングパターン４００と円形パターン４１０を創成するために使用されるマスクである。図２に示された処理における２枚のマスクを使用することにより得られるパターンはパターン４２０である。
【００２６】
膜厚１０００オングストロームの酸化シリコン層をシリコンウエハ上に蒸着した。ＵＶ６（登録商標）エネルギー感受性レジスト層を酸化シリコン層上にスピンコートした。スピンコートされたレジスト層の膜厚は６８０ｎｍであった。その後、ホトレジストを１３８℃で６０秒間プレベークした。
【００２７】
図２に示した一連の処理に従って、前記のライン及びスペースマスクを使用し、ポジ型ホトレジストを輻射線でパターン毎に露光した。ホトレジスト内に描画された像のライン及びスペースはそれぞれ、幅が０．２５μｍであり、長さが１μｍであった。ホトレジストに照射された輻射線の線量は４０ｍＪ／ｃｍ2であった。その後、このパターンを１３０℃で９０秒間ポストベークした。Olin Microelectronics,Inc.から市販されている現像剤２６２と共に、テトラメチルアンモニウムヒドロキシド（ＴＭＡＨ）を併用することからなる常用の現像剤を用いて、パターンを現像した。現像剤は、液状の流れとして約１５秒間ウエハ上に施用した。約４５秒後、上はを濯ぎ、そして乾燥させた。その後、Applied Materialsの５０００マグネトロンエッチング装置を使用し、パターンを下部の酸化シリコン層に転写した。
【００２８】
トリフルオロメタン６５ｓｃｃｍ（標準立方センチメートル／ｍｉｎ）とヘキサフルオロシラン３ｓｃｃｍを使用し、３３℃で２５秒間にわたって、パターンをエッチングした。その後、トリフルオロメタン３０ｓｃｃｍ、アルゴン６０ｓｃｃｍ及びテトラフルオロメタン４ｓｃｃｍからなる混合物を使用し、２０秒間にわたってパターンを更にエッチングした。エッチング後の残ったレジストを２５０℃の酸素プラズマ中で９０秒間にわたって取り除いた。
【００２９】
その後、ホトレジスト（前記のＵＶ６ポジ型レジスト）層を得られた構造体上に塗布した。このホトレジストの膜厚は７００ｎｍであった。レジストの膜厚は、非露光レジスト下部の基板部分がエッチング剤に暴露されないことを確保するように選択される。膜厚は、露光レジストのエッチング速度と、非露光レジストのエッチング速度との差に基づいて決定した。その後、図４に示されたパターン３１０を形成するマスクを使用し、線量が４０ｍＪ／ｃｍ2の輻射線を投射することにより、ホトレジストを露光した。前記のパターンを有する像の位置合わせ標準的な位置合わせ方法を用いて行った。この実施例では、第２の露光に使用したマスクパターンは第１の露光用のマスクパターンと同一である。しかし、第２の露光は、第１の露光により形成された下部パターンに対して偏位させた。偏位距離は所望のフィーチャーサイズに対応させた。異なるパターンを形成するために、異なる偏位量を使用した。第１のパターンに対する第２の露光から形成された像の偏位量は、０．０５μｍ〜約０．２μｍの範囲内で変化させた。
【００３０】
その後、この実施例で既に説明したように、パターンを現像した。得られた構造体はパターン付けされたホトレジスト層と、基板上のパターン付けされた二酸化シリコン層である。図１のステップ５で図示したように、所望のパターンは、酸化シリコンマスク又はホトレジストマスクの何れによっても被覆されない基板表面部分である。基板表面の露光部分を選択的にエッチングすることにより、パターンを下部の基板に転写する。パターン付けされた酸化シリコン及び残余ホトレジストはエッチングマスクとして機能する。このパターン転写ステップにおけるエッチング手段として、ヘキサフルオロエタン（９０ｓｃｃｍ）と酸素プラズマ（１０ｓｃｃｍ）を３３℃で２５秒間使用した。残余ホトレジスト及び酸化シリコンを、当業者に周知の手段を用いて、基板表面から取り除いた。
【００３１】
得られたパターンは一連のラインとスペースであった。全てのパターンについて、そのライン長さは１μｍであった。ラインの幅は全パターンについて０．０５μｍ〜０．２μｍの範囲内で変化した。前記のように、ライン幅は、第１の露光から得られたパターンと、第２の露光から得られた像（及び得られた現像パターン）との間の偏位距離により決定した。
【００３２】
本発明の方法において、第１のパターンの位置と第２のパターンの位置との間の一致を得るために、第２のマスクは、第１の露光による第１のパターンと位置合わせされなければならない。所望のパターンを得るために、位置的一致が必要である。位置合せ誤差（すなわち、所望の位置と実際の位置との間の差）は約３０ｎｍ未満である。ウエハ座標システムでは、ｘ軸とｙ軸との交点は、ウエハのほぼ中央部に位置する。従って、ウエハ座標システムでは、ウエハは４個の四分円に分割される。６インチウエハにおける平均位置合せ誤差は、ｘ軸に沿って−２８ｎｍ（３σx＝９６ｎｍ）、ｙ軸に沿って６ｎｍ（３σy＝８９ｎｍ）であった。一般的に、現用のステッパは、４０ｎｍの平均３σで描画する。
【００３３】
本発明を、第１のマスクパターンを使用する第１の露光と、第２のマスクパターンを使用する第２の露光について説明した。言うまでもなく、本発明は２回以上の露光を使用しても実施できる。また、本発明の方法は、任意のパターンを形成するためにも使用される。これにより、ライン及びスペースの特定のパターンの他に、実施例で述べたようなリング及び孔の形成できる。
【符号の説明】
【００３４】
１０，４０ マスク
２０ 輻射線
２５，３６ エネルギー感受性ホトレジスト層
３０ 硬質マスク層
３５ シリコン基板
４５ フィーチャー
１００，１０５ マスク
１０１，１１０ 輻射線
１０２，１０６ エネルギー感受性レジスト層
１０３ 硬質マスク層
１０４ シリコン基板
１０８ フィーチャー
２００，２０５ マスク
２０１，２１０ 輻射線
２０２，２０６ エネルギー感受性レジスト層
２０３ 誘電体層
２０４ シリコン基板
２０７ フィーチャー
３００ パターン
３０１ 酸化シリコン層領域
３０２ 基板面領域
３１０ 像
３１４ 基板
３１５ トレンチ
３２０ 生成パターン
４００ 第１のパターン
４０１ 酸化シリコン層
４０２ シリコン基板
４１０ 像
４２０ 生成パターン
５００ 生成パターン
５０１，５０２ 第１及び第２の矩形像
【技術分野】
【０００１】
本発明はデバイス及びマスク製造のためのリソグラフ方法に関する。更に詳細には、本発明はこのようなリソグラフ方法のための解像度向上方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
デバイス製造のためのリソグラフ方法において、輻射線は一般的に、パターン付きマスク（別名、「レチクル」とも呼ばれる）に投射され、マスクを透過した輻射線は更に基板上に形成されたエネルギー感受性材料に透過される。輻射線をパターン付きマスクを透過させることにより、輻射線自体にパターンを付け、そして、エネルギー感受性レジスト材料がこのパターン付き輻射線で露光されると、パターン像がエネルギー感受性レジスト材料中に描画される。その後、この像はエネルギー感受性レジスト材料中で現像され、そして、下部の基板内に転写される。集積回路デバイスは、半導体基板上に形成された異なる材料をパターン付けするために、このような一連の露光を用いて製造される。
【０００３】
集積回路デバイスは、非常に多数の個々のデバイスと、これらデバイス間の相互接続とからなる。形状及び寸法は個々のデバイスで変化する。パターン密度（すなわち、パターンの単位面積当たりのパターンフィーチャー(feature)の個数）も変化する。従って、集積回路デバイスを画成するパターンは非常に複雑であり、均一ではない。
【０００４】
パターンの複雑性及び密度が高まるにつれて、パターン生成に使用されるリソグラフツールの精度を高めることが必要となる。リソグラフツールの精度は、パターン解像度により示される。解像度が良くなるほど、マスクパターンと、リソグラフツールにより生成されるパターンとの間の一致性が高まる。リソグラフツールにより付与されるパターン解像度を高めるために多くの方法が使用されている。最も一般的に行われている方法は、短波長の輻射線を使用することである。しかし、露光波長が遠紫外線領域（例えば、２４８ｎｍ、１９３ｎｍ及び１５７ｎｍ）である場合、この方法はもはや実現性が無い。解像度を高めるために、１９３ｎｍ未満の波長を使用することは不可能である。なぜなら、光リソグラフカメラのレンズに使用される物質は、この短波長の輻射線を吸収するからである。
【０００５】
単に短波長輻射線を使用すること以外の解像度向上方法も提案されている。これらの解像度向上方法は、コンデンサからのエキゾチック照射（例えば、４極照射）、瞳孔フィルタ、位相マスク、光学的近接補正及びこれらの技術を組み合わせて使用することにより、現存のカメラでも高い解像度を得ることができる。しかし、このような方法は一般的に、幾つかの個々のパターン形についてしか解像度を改善しない。解像度が高められる形状は臨界形状として同定される。その他の多数の形状の解像度は、このような解像度向上方法によっては改善されず、むしろ、実際には劣化される。従って、現在の解像度向上方法は、臨界形状の解像度向上と非臨界形状の解像度劣化との間を折衷することが必要である。このような折衷は通常、非臨界形状の照射における顕著な劣化を避けるために、臨界形状の最適下限照射を必要とする。
【０００６】
マスク内の様々な異なる形状の投射リソグラフィにおけるマスク形状照射をカスタマイズするための解像度向上方法が提案されている。このような方法は例えば、K. Matsumotoらの“Innovative Image Formation: Coherency Controlled Imaging”，SPIE，Vol.2197，p.844（1994）に記載されている。この方法は、各形状のマスクへの輻射線入射をカスタマイズするために、追加マスクと追加レンズを使用する。同様なシステムは、Kamon,K.,"Proposal of a Next-Generation Super Resolution Technique," Jpn. J. Appl. Phys., Vol.33, Part 1, No.12B, p.6848(1994)に記載されている。
【０００７】
Matsumotoら及びKamonらの論文に記載された解像度向上方法では、第１のマスクは第２のマスクのフィーチャー(feature)と同じフィーチャーを有する。第１のマスクのフィーチャーは、マスクに入射する輻射線を回折し、回折された輻射線は第２のマスクの同じフィーチャーを照明する。例えば、第１のマスクの格子パターンを透過した輻射線は第２のマスクの同じ格子パターンに投射される。同様に、第１のマスクの分離ラインを透過した輻射線は、第２のマスクの同じ分離ラインに投射される。第１のマスクからの回折エネルギーが第２のマスクの同じフィーチャーを照明する場合、得られる像は、パターンの四極照明により得られる像よりも大抵優れている。従って、この解像度向上方法により、四極システムを用いる常用の軸外れ照明よりも優れた空中像コントラスト（即ち、投射レンズの焦点面中の像）がもたらされる。
【０００８】
前記の解像度向上方法は、四極照明よりも一層複雑なフィーチャーについてカスタマイズされた照明を行うことができる。しかし、前記の方法は、パターン中の全てのフィーチャーの解像度を改善することはできない。更に、この２枚マスクシステムは高価であるばかりか、複雑である。特に、このシステムは、マスクの代わりに、２枚の正確にパターン付されたマスクを必要とする。第１及び第２のマスク上の対応するフィーチャーは正確に整合していなければならない。第１及び第２のマスクのアライメントも必須要件である。更に、第１のマスクのフィーチャーが均一に照明されるので、この方法は限られた用途にしか使用できない。従って、パターン付マスクの非カスタマイズ照明に伴う問題はこの方法では解消されず、単にシステムの光学系へ更に後退するだけである。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
従って、本発明の目的は、全てのフィーチャーの解像度を高め、かつ、安価で簡単に実現することができる解像度向上方法を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
前記課題は、本発明の、副波長解像度によるリソグラフ方法により解決される。本発明のリソグラフ方法は、デバイス製造又はマスク製造に使用される。本発明では、第１のパターン像を画成する第１のマスクフィーチャーを通して輻射線を投射することにより、パターン像はエネルギー感受性レジスト材料中に描画される。輻射線は特定の波長（例えば、２４８ｎｍ，１９３ｎｍなど）の光である。輻射線は、電子ビーム又はイオンビーム輻射線も含む。次いで、この第１のパターンは現像され、そして、特定の実施態様では、下部の基板に転写される。この第１のパターンを「中間フィーチャー」と呼ぶ。中間フィーチャーは、第１のマスクフィーチャーの像をエネルギー感受性レジスト材料中に転写するのに使用される輻射線の波長よりも大きいか又は概ね等しい寸法を有する。フィーチャーが生成される像は副波長サイズ寸法を有する像よりも解像し易いので、中間フィーチャーは、露光輻射線の波長よりも大きいか又は等しい寸法を有することが好ましい。また、露光輻射線の波長よりも大きいか又は等しい寸法を有するフィーチャーの像を生成するには低近接効果相関が必要であり、その結果、副波長寸法を有するフィーチャーの像を形成するのに比べて、僅少な逆方向回折効果を被る。逆方向回折効果は、コントラスト損、強度損、逆方向近接効果などを含む。
【００１１】
次いで、エネルギー感受性材料層を、中間フィーチャーを有する基板上に生成する。その後、第２の像を画成する第２のマスクフィーチャーを通して輻射線を投射することにより、パターン像をエネルギー感受性材料中に導入する。第２の露光に使用される輻射線は、第１の露光に使用された輻射線と同じ波長を有する必要はない。この第２の像は第２のパターンに現像される。この第２の像を「第２の中間フィーチャー」と呼ぶ。第２の中間フィーチャーは、レジスト材料中への第２の像の描画に使用される輻射線の波長よりも大きいか又は概ね等しい寸法を有する。露光輻射線の波長よりも大きいか又は等しい寸法を有する中間フィーチャーを形成することによりもたらされる効果は前記に説明した通りである。第１のマスクフィーチャー及び第２のマスクフィーチャーは協働して、所望のパターンフィーチャーを画成する。所望のパターンフィーチャーは、第１のマスクフィーチャーから形成された第１の中間フィーチャー及び第２のマスクフィーチャーから形成された第２の中間フィーチャーにより画成される。或る実施態様では、第１の中間フィーチャー及び第２の中間フィーチャーはパターンフィーチャーを画成する。このパターンフィーチャーは下部の基板に転写される。別の実施態様では、パターンフィーチャーは、第１の中間フィーチャーと第２の中間フィーチャーとの間の重複部により画成される。この実施態様では、パターンフィーチャーは、第１の中間フィーチャーと第２の中間フィーチャーとの非重複部を選択的に除去することにより形成される。
【発明の効果】
【００１２】
以上説明したように、本発明によれば、露光輻射線の波長よりも小さな寸法を有するフィーチャーを形成することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】本発明の方法を実施する一連の処理の一例を示す流れ図である。
【図２】本発明の方法を実施する一連の処理の別の例を示す流れ図である。
【図３】本発明の方法を実施する一連の処理の他の例を示す流れ図である。
【図４】第１のマスクパターンと第２のマスクパターンと、これらから形成されたフィーチャーの平面図である。
【図５】２種類のマスクパターンと、このパターンから形成されたフィーチャーの平面図である。
【図６】２種類の正方形マスクパターンと、このパターンから形成された概ね楕円形の接点孔の平面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
図１を参照する。ステップ１において、輻射線２０はマスク１０によりパターン付けされる。パターン付けされた輻射線は、マスク１０の像をエネルギー感受性ホトレジスト層２５に導入する。ステップ２において、層２５内の像は現像され、ホトレジストマスクを形成する。ステップ３において、このホトレジストマスクパターンは、シリコン基板３５上に形成された下部硬質マスク材料層３０中にエッチングされる。酸化シリコン、窒化シリコン及びスピンオンガラスのような常用の硬質マスク材料が好適である。その後、エネルギー感受性ホトレジスト層３６を、パターン付けされた硬質マスク材料層上に形成する。ステップ４において、マスク４０の像をホトレジスト３６に導入する。マスク４０の像はパターン付けされた硬質マスク材料層３０と重複する。ステップ５において、この像を現像し、パターン付けされたレジスト層３６を得る。得られた構造物は、基板３５上に形成された、第１のパターン付けされた硬質マスク３０と第２のパターン付けされたレジスト層３６を有する。これら２つのパターン付けされた層は一緒にフィーチャー４５を画成する。このフィーチャー４５は、露光輻射線の波長よりも小さな寸法を有する。ステップ６において、パターン付けされた層３０及び３６を使用し、フィーチャー４５を下部の基板３５に転写する。常用のエッチング手段はこの目的のために好適である。ステップ７において、パターン付けされた層３０及び３６は、基板３５内にエッチングされたフィーチャー４５を有する基板３５から除去される。
【００１５】
図２を参照する。ステップ１において、輻射線１０１はマスク１００を通して投射される。輻射線はパターン像をエネルギー感受性レジスト層１０２内に導入する。エネルギー感受性レジスト層１０２は、シリコン基板１０４上に形成された硬質マスク材料層１０３上に形成されている。この処理シーケンスにおいて、フィーチャーは硬質マスク材料層中に形成されるので、硬質マスク材料は、誘電体（例えば、酸化シリコン、窒化シリコン）又は金属の何れかである。硬質マスク材料は誘電体であることが好ましい。なぜなら、マスキング層として金属を使用することに伴い、汚染問題が生じるからである。ステップ２において、パターンはエネルギー感受性レジスト層１０２内で現像される。ステップ３において、パターンはレジスト層１０２から、硬質マスク材料層１０３へ転写される。その後、得られた構造物上にエネルギー感受性材料層を形成する。ステップ４において、輻射線１１０をマスク１０５を通して投射し、そして、パターン付けされた輻射線がパターン像をエネルギー感受性レジスト層１０６中に描画する。ステップ５において、このパターンをエネルギー感受性レジスト層１０６中に現像する。図示されているように、現像されたレジスト層１０６は、パターン付けされた硬質マスク１０３の一部の上で重複している。この重複領域１０７が所望のパターンである。ステップ６において、現像されたレジスト層１０６により被覆されていない、パターン付けされた硬質マスク層を除去する。ステップ７において、現像レジスト層１０６を除去する。得られたフィーチャー１０８は、重複領域１０７におけるパターン付硬質マスク層の一部である。ステップ３及び５で現像されたパターンの寸法は、露光輻射線の波長よりも大きく、フィーチャー１０８の寸法は露光輻射線の波長よりも小さい。このようにして、本発明の方法は、露光輻射線の波長よりも小さな寸法を有するフィーチャーを形成するために使用される。
【００１６】
図３を参照する。本発明の方法において、ネガ型レジスト材料を使用する。ネガ型レジストが輻射線に対してパターン毎に露光され、そして、その像が現像される場合、レジストの露光部分が残り、レジストの非露光部分が現像される。ステップ１において、輻射線２０１はマスク２００を通して投射される。輻射線はパターン像をエネルギー感受性レジスト層２０２に描画する。エネルギー感受性レジスト層２０２は、シリコン基板２０４上に形成された第２の層２０３上に形成されている。第２の層２０３は一般的に、誘電体層である。この実施態様では、層２０３は硬質マスクとして機能しない。従って、層２０３の特定の材料を選択する基準は、製造されるデバイスにより決定される。ステップ２において、パターンはエネルギー感受性レジスト層２０２内に現像される。ステップ３において、エネルギー感受性材料層２０６を得られた構造物上に形成する。ステップ４において、輻射線２１０をマスク２０５を通して投射し、そして、パターン付けされた輻射線はパターン像をエネルギー感受性レジスト層２０６に描画する。ステップ５において、パターンはエネルギー感受性レジスト層２０６内に現像される。ステップ５においてパターンを現像するために使用される溶剤は、下部のパターン付レジスト層２０２は溶解しないが、層２０６の非露光部分を選択的に溶解する。下部のパターン付レジスト層２０２を溶解せず、レジスト層２０６を選択的に現像するための特定の溶剤の選択は当業者により容易に為し得る。特に、パターン２０６を現像するために第１の溶剤が選択される場合、パターン付層２０２の極性は、第１の溶剤には溶解しないような極性を有する。本発明のこの実施態様に好適なレジスト材料及び好適な溶剤は当業者に公知である。選択的現像及び光学的な二重層レジストについては、Moreau,W.M., et al., "Semiconductore Lithography Principles, Practices and Materials," p.586(1987)に詳述されている。現像されたレジスト層２０２及び２０６はスペース２０７を画成する。このスペース２０７が所望のフィーチャーである。このフィーチャーは、ステップ６において、第２の層２０３に転写される。ステップ７において、現像レジスト層２０２及び２０６は除去される。ステップ３及び５で現像されたパターンの寸法は露光輻射線の波長よりも大きいが、フィーチャー２０７の寸法は露光輻射線の波長よりも小さい。このようにして、露光輻射線の波長よりも小さな寸法を有するフィーチャーを形成するために、本発明の方法が使用される。
【００１７】
言うまでもなく、多数の異なるパターンは本発明の重複パターンを使用ことができる。パターンの一例を図４に示す。図４において、第１のパターン３００は、図１のステップ１〜３で説明したように、レジスト中で現像され、そして、シリコン酸化物層中に転写される。パターン３００は、一連のラインとスペースを画成する第１のマスク（図示されていない）を通して輻射線を投射することにより得られる。マスクを通して投射される輻射線は、エネルギー感受性レジスト内にマスクパターンの像を画成する。その後、この像は、輻射線に露光されたレジスト部分を選択的に除去する現像剤を用いて現像される。エネルギー感受性レジスト内の現像パターンは、下部の酸化シリコン層３０１に転写される。シリコン基板上の一連のライン３０１である第１のパターンが得られる。図４に示されたパターンの平面図では、領域３０１はシリコン酸化物の領域であり、領域３０２は基板表面である。
【００１８】
エネルギー感受性レジスト層３０９をパターン上に形成する。パターン像をエネルギー感受性レジスト層中に描画する。この像３１０は、輻射線に露光された領域３１１と、輻射線に露光されない領域３１２とにより画成される一連のラインとスペースからなる。一連のライン及びスペースを画成するマスクを通して、エネルギー感受性レジスト層上に輻射線を投射することにより、前記像をエネルギー感受性レジスト層中に描画する。エネルギー感受性レジスト層３０９内の像３１０と下部パターン３００との関係は、点線３０５で示される。この関係は、露光領域３１１の端部が下部のライン３０１の端部を越えて延びるような関係である。露光領域３１１の端部が下部のライン３０１の端部を越えて延びる間隔は、所望のフィーチャーの幅である。所望のフィーチャーの幅は露光輻射線の波長よりも小さい。例えば、露光輻射線の波長は２４８ｎｍであり、間隔３０４は５０ｎｍである。
【００１９】
像３１０がエネルギー感受性レジスト３０９内に画成された後、エネルギー感受性レジスト材料の露光部分３１１を除去することによりパターンを現像する。点線３０５は下部ライン３０１の端部を示す。間隔３０４は、層の残余部分３０９と酸化シリコンライン３０１との間の露光された下部基板部分である。層の残余部分３０９及び酸化シリコン３０１のラインは、幅３０４のトレンチを下部基板に転写するためのエッチングマスクとして機能する。その後、層の残余部分３０９及び酸化シリコンライン３０１を基板表面から除去する。得られたパターン
３２０（すなわち、基板中に形成されたトレンチ３１５を有する基板３１４）の平面図を図４に示す。酸化シリコンライン３０１及び上部ホトレジスト層内露光部分３１１の端部と下部ライン３１１の端部との間の差がトレンチ３１５となる。所望のパターン３２０は、第１のマスクからの第１のフィーチャーの端部と第２のパターン３１０内のレジストフィーチャー３１１の端部との間の間隔により画成される領域である。
【００２０】
本発明の方法を用いて形成されるパターンの別の実施態様を図５に示す。図５において、第１のパターン４００はレジスト内に現像され、そして、図２のステップ１〜３で説明したように、酸化シリコン層内に転写される。パターン４００は、リングを画成する第１のマスク（図示されていない）を通して輻射線を投射することにより得られる。マスクを通して投射される輻射線は、エネルギー感受性レジスト内にマスクパターン像を画成する。その後、輻射線に露光されたレジスト部分を選択的に除去する現像剤を用いて、この像を現像する。次いで、エネルギー感受性レジスト内の現像パターンを下部の酸化シリコン層４０１に転写する。シリコン基板４０２上の酸化シリコンリング４０１からなる第１のパターンが得られる。図５に示されたパターンの平面図において、領域４０１は、酸化シリコンの領域であり、領域４０２は露光基板表面である。
【００２１】
エネルギー感受性レジスト層４０９をリングパターン４００の上に形成する。パターン像をエネルギー感受性レジスト内に描画する。この像４１０は、輻射線に露光されない領域４１１と輻射線に露光された領域４１２により画成される円である。円を画成するマスクを通して輻射線をエネルギー感受性レジスト層に投射することにより、前記像をエネルギー感受性レジスト内に描画する。エネルギー感受性レジスト層４０９内の像４１０と下部パターン４００との間の関係は点線４０５で図示される。この関係は、リングの内端が非露光円形領域４１２内であり、この領域４１２と同心円状であるような関係である。パターン４００の内側リングの端部と非露光円形領域４１１の外側端部との間の間隔４０４は所望のフィーチャーの幅である。所望のフィーチャーの幅は露光輻射線の波長よりも小さい。例えば、露光輻射線の波長は２４８ｎｍであり、間隔４０４は５０ｎｍである。
【００２２】
像４１０がエネルギー感受性レジスト４０９内に画成された後、エネルギー感受性レジスト材料の露光部分４１１を除去することによりパターンを現像する。点線４０５は下部のリングパターン４００の端部を示す。間隔４０４は、エネルギー感受性レジスト材料４１２の下部の酸化シリコンリング部分と共に、エネルギー感受性レジスト材料４１２の露光部分を除去した後、エネルギー感受性レジスト材料４１１の非露光部分により被覆される下部の酸化シリコンリング部分である。図２のステップ６を参照する。酸化シリコンリングの残余部分は、酸化シリコン１０７に相当する。その後、エネルギー感受性レジスト層４０９の残余部分を除去する。得られたパターン４２０は、シリコン基板４１４上に形成された酸化シリコンリング４１５である。
【００２３】
露光輻射線の波長よりも小さな寸法を有する接点孔も本発明の方法を用いて形成される。接点孔は、矩形又は正方形の第１の中間パターンを形成することにより作製される。正方形の角部を有する像から得られるパターンは、若干丸みの付いた角部を有する。丸みのついた角部を有する第１のパターンが現像された後、エネルギー感受性材料層をこのパターン上に形成し、そして、第２の正方形又は矩形の像をこの材料層中に生成する。第２の正方形又は矩形像は、一つの角部が丸みのついた角部を有する下部パターンの一つの角部と重複するように配置される。その後、第２の正方形又は矩形像を現像する。得られたパターンも前記パターンと同様に、丸みのついた角部を有する。その後、第１のパターンと第２のパターンの重複部分により画成されるパターンを現像する。このパターンは、丸みのついた角部の重複パターンから創成されるので、得られたパターンは２つの丸みのついた角部により画成される。従って、得られたパターンは楕円形又は円形に近似している。矩形５０１及び５０２の角部が重複することにより画成されるような生成パターン５００は、図６に示される。概ね楕円形のパターン５００が点線により画成されている。
【実施例】
【００２４】
実施例１
４枚一組のバイナリレチクル（マスク）をDupont Photomask Inc.から購入した。レーザ装置を用い、多数の異なるパターンが画成されたマスクを調製した。多数のパターンの２種類の具体例は図４及び図５に示される。レチクルアドレススペース（すなわち、マスク内のアドレス可能ユニット（ピクセル）のサイズ）は４０ｎｍであった。マスク上の最小フィーチャーの寸法は１μｍであった。マスクの位置合せ規格は６０ｎｍであった。暗視野と明視野照明及びポジ型とネガ型レジストの異なる組み合わせを使用するために、４枚のマスクのうちの２枚のマスクのパターンは、他の２枚のマスクのパターンのネガである。露光用に、ＸＬＳ７８００リソグラフ露光装置を使用した。この装置は、Ultratech Stepper, Inc.により製造販売されている。この装置の拡大倍率は４倍であり、使用する露光波長は２４８ｎｍであり、σコヒーレンス係数は０．７４であり、ＮＡ（開口数）は０．５３である。この実施例で使用したポジ型エネルギー感受性レジスト（以下「ホトレジスト」という）は、米国マサチューセッツ州のマールボローに存在するShipley Companyから市販されているＵＶ６（登録商標）であった。この実施例で使用したネガ型ホトレジスト は、Shipley Companyから市販されているＵＶ２（登録商標）であった。
【００２５】
様々な形状を有する各種の構造体を作製するために、多数のマスクパターンを使用した。このようなマスクパターンの一例は、図１におけるパターン３００を作製するために使用された、ライン及びスペースからなるパターンである。ライン及びスペースの幅は０．２５μｍであった。所望のパターンを形成するための協働する２枚のマスクの別の具体例は、リングパターン４００と円形パターン４１０を創成するために使用されるマスクである。図２に示された処理における２枚のマスクを使用することにより得られるパターンはパターン４２０である。
【００２６】
膜厚１０００オングストロームの酸化シリコン層をシリコンウエハ上に蒸着した。ＵＶ６（登録商標）エネルギー感受性レジスト層を酸化シリコン層上にスピンコートした。スピンコートされたレジスト層の膜厚は６８０ｎｍであった。その後、ホトレジストを１３８℃で６０秒間プレベークした。
【００２７】
図２に示した一連の処理に従って、前記のライン及びスペースマスクを使用し、ポジ型ホトレジストを輻射線でパターン毎に露光した。ホトレジスト内に描画された像のライン及びスペースはそれぞれ、幅が０．２５μｍであり、長さが１μｍであった。ホトレジストに照射された輻射線の線量は４０ｍＪ／ｃｍ2であった。その後、このパターンを１３０℃で９０秒間ポストベークした。Olin Microelectronics,Inc.から市販されている現像剤２６２と共に、テトラメチルアンモニウムヒドロキシド（ＴＭＡＨ）を併用することからなる常用の現像剤を用いて、パターンを現像した。現像剤は、液状の流れとして約１５秒間ウエハ上に施用した。約４５秒後、上はを濯ぎ、そして乾燥させた。その後、Applied Materialsの５０００マグネトロンエッチング装置を使用し、パターンを下部の酸化シリコン層に転写した。
【００２８】
トリフルオロメタン６５ｓｃｃｍ（標準立方センチメートル／ｍｉｎ）とヘキサフルオロシラン３ｓｃｃｍを使用し、３３℃で２５秒間にわたって、パターンをエッチングした。その後、トリフルオロメタン３０ｓｃｃｍ、アルゴン６０ｓｃｃｍ及びテトラフルオロメタン４ｓｃｃｍからなる混合物を使用し、２０秒間にわたってパターンを更にエッチングした。エッチング後の残ったレジストを２５０℃の酸素プラズマ中で９０秒間にわたって取り除いた。
【００２９】
その後、ホトレジスト（前記のＵＶ６ポジ型レジスト）層を得られた構造体上に塗布した。このホトレジストの膜厚は７００ｎｍであった。レジストの膜厚は、非露光レジスト下部の基板部分がエッチング剤に暴露されないことを確保するように選択される。膜厚は、露光レジストのエッチング速度と、非露光レジストのエッチング速度との差に基づいて決定した。その後、図４に示されたパターン３１０を形成するマスクを使用し、線量が４０ｍＪ／ｃｍ2の輻射線を投射することにより、ホトレジストを露光した。前記のパターンを有する像の位置合わせ標準的な位置合わせ方法を用いて行った。この実施例では、第２の露光に使用したマスクパターンは第１の露光用のマスクパターンと同一である。しかし、第２の露光は、第１の露光により形成された下部パターンに対して偏位させた。偏位距離は所望のフィーチャーサイズに対応させた。異なるパターンを形成するために、異なる偏位量を使用した。第１のパターンに対する第２の露光から形成された像の偏位量は、０．０５μｍ〜約０．２μｍの範囲内で変化させた。
【００３０】
その後、この実施例で既に説明したように、パターンを現像した。得られた構造体はパターン付けされたホトレジスト層と、基板上のパターン付けされた二酸化シリコン層である。図１のステップ５で図示したように、所望のパターンは、酸化シリコンマスク又はホトレジストマスクの何れによっても被覆されない基板表面部分である。基板表面の露光部分を選択的にエッチングすることにより、パターンを下部の基板に転写する。パターン付けされた酸化シリコン及び残余ホトレジストはエッチングマスクとして機能する。このパターン転写ステップにおけるエッチング手段として、ヘキサフルオロエタン（９０ｓｃｃｍ）と酸素プラズマ（１０ｓｃｃｍ）を３３℃で２５秒間使用した。残余ホトレジスト及び酸化シリコンを、当業者に周知の手段を用いて、基板表面から取り除いた。
【００３１】
得られたパターンは一連のラインとスペースであった。全てのパターンについて、そのライン長さは１μｍであった。ラインの幅は全パターンについて０．０５μｍ〜０．２μｍの範囲内で変化した。前記のように、ライン幅は、第１の露光から得られたパターンと、第２の露光から得られた像（及び得られた現像パターン）との間の偏位距離により決定した。
【００３２】
本発明の方法において、第１のパターンの位置と第２のパターンの位置との間の一致を得るために、第２のマスクは、第１の露光による第１のパターンと位置合わせされなければならない。所望のパターンを得るために、位置的一致が必要である。位置合せ誤差（すなわち、所望の位置と実際の位置との間の差）は約３０ｎｍ未満である。ウエハ座標システムでは、ｘ軸とｙ軸との交点は、ウエハのほぼ中央部に位置する。従って、ウエハ座標システムでは、ウエハは４個の四分円に分割される。６インチウエハにおける平均位置合せ誤差は、ｘ軸に沿って−２８ｎｍ（３σx＝９６ｎｍ）、ｙ軸に沿って６ｎｍ（３σy＝８９ｎｍ）であった。一般的に、現用のステッパは、４０ｎｍの平均３σで描画する。
【００３３】
本発明を、第１のマスクパターンを使用する第１の露光と、第２のマスクパターンを使用する第２の露光について説明した。言うまでもなく、本発明は２回以上の露光を使用しても実施できる。また、本発明の方法は、任意のパターンを形成するためにも使用される。これにより、ライン及びスペースの特定のパターンの他に、実施例で述べたようなリング及び孔の形成できる。
【符号の説明】
【００３４】
１０，４０ マスク
２０ 輻射線
２５，３６ エネルギー感受性ホトレジスト層
３０ 硬質マスク層
３５ シリコン基板
４５ フィーチャー
１００，１０５ マスク
１０１，１１０ 輻射線
１０２，１０６ エネルギー感受性レジスト層
１０３ 硬質マスク層
１０４ シリコン基板
１０８ フィーチャー
２００，２０５ マスク
２０１，２１０ 輻射線
２０２，２０６ エネルギー感受性レジスト層
２０３ 誘電体層
２０４ シリコン基板
２０７ フィーチャー
３００ パターン
３０１ 酸化シリコン層領域
３０２ 基板面領域
３１０ 像
３１４ 基板
３１５ トレンチ
３２０ 生成パターン
４００ 第１のパターン
４０１ 酸化シリコン層
４０２ シリコン基板
４１０ 像
４２０ 生成パターン
５００ 生成パターン
５０１，５０２ 第１及び第２の矩形像
【特許請求の範囲】
【請求項１】
(a)特定の波長の輻射線を第１のパターンを有するマスクに照射するステップと、
(b)第１のパターンの像を、材料層をその上に有する基板上に形成されたエネルギー感受性材料層に投射するステップと、
(c)エネルギー感受性材料層中に第１のパターンを形成するために、前記像を現像するステップと、
(d)下部材料層に第１のパターンを転写するステップと、
(e)第１のパターン上にエネルギー感受性レジスト材料層を形成するステップと、
(f)特定の波長の輻射線を第２のパターンを有するマスクに照射するステップと、
ここで、該波長は、第１のパターンを有するマスクに照射される輻射線の波長と同一であるか又は異なる、
(g)第２のパターンの像をエネルギー感受性レジスト材料層に投射するステップと、
ここで、該像は、所望のパターンを画成するために第１のパターンと第２のパターンが協働するように、下部の第１のパターンと位置合せされる、
(h)第２のパターンをエネルギー感受性材料中に形成するために、前記像を現像するステップと、
(i)第１及び第２のパターンから所望のパターンを現像するステップとからなり、
ここで、該所望のパターンは、輻射線の波長のうちの少なくとも一つの波長よりも小さい寸法を有する、
ことを特徴とする製品を製造するためのリソグラフ方法。
【請求項１】
(a)特定の波長の輻射線を第１のパターンを有するマスクに照射するステップと、
(b)第１のパターンの像を、材料層をその上に有する基板上に形成されたエネルギー感受性材料層に投射するステップと、
(c)エネルギー感受性材料層中に第１のパターンを形成するために、前記像を現像するステップと、
(d)下部材料層に第１のパターンを転写するステップと、
(e)第１のパターン上にエネルギー感受性レジスト材料層を形成するステップと、
(f)特定の波長の輻射線を第２のパターンを有するマスクに照射するステップと、
ここで、該波長は、第１のパターンを有するマスクに照射される輻射線の波長と同一であるか又は異なる、
(g)第２のパターンの像をエネルギー感受性レジスト材料層に投射するステップと、
ここで、該像は、所望のパターンを画成するために第１のパターンと第２のパターンが協働するように、下部の第１のパターンと位置合せされる、
(h)第２のパターンをエネルギー感受性材料中に形成するために、前記像を現像するステップと、
(i)第１及び第２のパターンから所望のパターンを現像するステップとからなり、
ここで、該所望のパターンは、輻射線の波長のうちの少なくとも一つの波長よりも小さい寸法を有する、
ことを特徴とする製品を製造するためのリソグラフ方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【公開番号】特開２０１１−１９９３２１（Ｐ２０１１−１９９３２１Ａ）
【公開日】平成２３年１０月６日（２０１１．１０．６）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−１４５６８２（Ｐ２０１１−１４５６８２）
【出願日】平成２３年６月３０日（２０１１．６．３０）
【分割の表示】特願２００６−２９７６２１（Ｐ２００６−２９７６２１）の分割
【原出願日】平成１２年４月１２日（２０００．４．１２）
【出願人】（５９６０９２６９８）アルカテル−ルーセント ユーエスエー インコーポレーテッド (965)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２３年１０月６日（２０１１．１０．６）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年６月３０日（２０１１．６．３０）
【分割の表示】特願２００６−２９７６２１（Ｐ２００６−２９７６２１）の分割
【原出願日】平成１２年４月１２日（２０００．４．１２）
【出願人】（５９６０９２６９８）アルカテル−ルーセント ユーエスエー インコーポレーテッド (965)
【Ｆターム（参考）】
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