JPH08148408A

JPH08148408A - 露光方法およびそれを用いた半導体集積回路装置の製造方法

Info

Publication number: JPH08148408A
Application number: JP28695394A
Authority: JP
Inventors: Yoshihiko Okamoto; 好彦岡本
Original assignee: Hitachi Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd
Priority date: 1994-11-21
Filing date: 1994-11-21
Publication date: 1996-06-07

Abstract

(57)【要約】【目的】位相シフト技術を用いた露光処理におけるフ
ォトレジスト材料の制約を無くす。【構成】半導体ウエハ上に被着されたポジ形のフォト
レジストに配線形成用のレジストパターン１４ａを転写
する際に、そのレジストパターン１４ａに対応する領域
に遮光領域Ｓを備えるとともにその周囲の一部に形成さ
れた光透過領域Ｔのうち、遮光領域Ｓを挟む光透過領域
Ｔの一方に透過光の位相が反転する位相シフタを備える
第１のマスクＭと、第１のマスクＭの遮光領域Ｓとその
周囲の少なくとも一部分の光透過領域Ｔとを覆う遮光領
域Ｓを備える第２のマスクＭとの相対位置を合致させた
状態で時間的に連続して露光処理を行うようにした。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、露光方法およびそれを
用いた半導体集積回路装置の製造技術に関し、特に、露
光光に位相差を与える位相シフトマスクを用いる露光方
法およびそれを用いた半導体集積回路装置の製造方法に
適用して有効な技術に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】半導体装置の高密度実装に伴って回路の
微細化が高度に進み、回路素子や配線の設計ルールもサ
ブミクロン域に入ってきている。このため、露光に用い
る光の波長も露光装置の性能限界であるｉ線（波長３６
５ｎｍ）に及んできている。

【０００３】しかし、このような波長域の光を用い、フ
ォトマスク（以下、単にマスクという）上の集積回路パ
ターンを半導体ウエハに転写するフォトリソグラフィ工
程では、パターン転写精度の低下が深刻な問題となる。

【０００４】ここで、図２２は位相シフト技術を用いな
い通常のマスクの構造を示す断面図であり、図２３はそ
のマスクを透過した光の光強度分布を示す特性図であ
る。

【０００５】図２２に示すように、微細化を要しないマ
スクを構成するマスク基板５０は、ガラス等のような透
明材料からなり、その片面には、光透過領域Ｐ1 ，Ｐ2
と遮光領域Ｎとが形成されている。光透過領域Ｐ1 ，Ｐ
2 は、光を透過させることが可能な領域である。遮光領
域Ｎは、クロム等からなる金属膜５１が被覆され、光の
透過を遮ることが可能な領域である。

【０００６】このような構造のマスクにあっては遮光領
域Ｎを挟む一対の光透過領域Ｐ1 ，Ｐ2 を透過した２つ
の光の位相が互いに同一であるため、その２つの光は、
半導体ウエハ上において、それらの２つの光の境界部で
互いに干渉し合って強め合うように作用する。

【０００７】このため、遮光領域Ｎの幅が露光波長より
も狭い場合、半導体ウエハ上におけるパターンの投影像
のコントラストは図２３のように低下し、焦点深度が浅
くなる結果、微細なパターンであると、その転写精度は
大幅に低下し、パターン間を良好に分離した状態での露
光ができないことがわかる。

【０００８】このような問題を解決する手段として、マ
スクを透過する光の位相を操作することにより、投影像
のコントラスト低下を防止する位相シフト技術が注目さ
れている。

【０００９】この方式は、例えば図２４に示すように、
遮光領域Ｎを挟む一対の光透過領域Ｐ1 ，Ｐ2 の一方
に、一対の光透過領域Ｐ1 ，Ｐ2 を透過した直後の２つ
の光の位相が互いに反転するように膜厚を調整した位相
シフタ（例えば透明なガラス膜等）５２を設けた構造の
マスクを用いる方法である。

【００１０】これによって図２５に示すように、半導体
ウエハ上では２つの光がそれらの境界部で互いに干渉し
合って弱め合うので、パターンの投影像のコントラスト
が大幅に向上し、パターン相互を良好に分離した状態で
の露光が可能となる。このように、位相シフトマスクは
半導体集積回路の微細化に適したマスクであることがわ
かる。

【００１１】また、例えば特開平４−１２７１５０号公
報には、位相シフトマスクとフォトレジストプロセスと
の制約が記載されており、半導体集積回路装置の製造工
程毎に、ネガ形のフォトレジスト（以下、単にネガ形レ
ジストという）と、ポジ形のフォトレジスト（以下、単
にポジ形レジストという）とを使い分ける方式が提案さ
れている。

【００１２】すなわち、これまで半導体集積回路装置の
製造工程では、フォトレジスト（以下、単にレジストと
いう）として解像度が高く、異物の影響の少ない等の特
徴を有するポジ形レジストが使われているが、位相シフ
ト技術を用いてポジ形レジストに配線パターン等のよう
な孤立線状パターンを転写する場合、光の位相差に起因
して、本来、パターンが形成されてはならない領域に不
必要なパターンが形成されてしまう問題が生じるので、
この場合は、ネガ形レジストを用いている。

【００１３】一方、このような光の位相差に起因して不
必要なパターンが形成される問題は、ネガ形レジストに
接続孔等のような孤立開口パターンを転写する場合にも
生じるので、この場合には、ポジ形レジストを用いてい
る。

【００１４】

【発明が解決しようとする課題】ところが、特開平４−
１２７１５０号公報に記載された位相シフト技術におい
ては、半導体集積回路の製造工程毎に、ネガ形レジスト
と、ポジ形レジストとを使い分けなければならないとい
うフォトレジスト材料の制約の問題がある。

【００１５】本発明の目的は、位相シフト技術を用いた
露光処理におけるフォトレジスト材料の制約を無くすこ
とのできる技術を提供することにある。

【００１６】本発明の前記ならびにその他の目的と新規
な特徴は、本明細書の記述および添付図面から明らかに
なるであろう。

【００１７】

【課題を解決するための手段】本願において開示される
発明のうち、代表的なものの概要を簡単に説明すれば、
以下のとおりである。

【００１８】すなわち、本発明の露光方法は、マスクの
光透過領域の所定位置に設けられた位相シフタによって
透過光に位相差を生じさせ試料上に露光波長よりも短い
間隔となる複数のパターンを転写する際、前記試料上に
ポジ形レジストを被着した後、前記試料上に残す露光波
長より短い間隔の少なくとも一組のレジストパターンに
対応する領域に遮光領域を備えるとともに、その周囲の
一部分に形成された光透過領域のうち、前記遮光領域を
挟む光透過領域の一方に透過光の位相が反転する位相シ
フタを備える第１のマスクと、前記第１のマスクの遮光
領域とその周囲の少なくとも一部分の光透過領域を覆う
遮光領域を備える第２のマスクとの相対位置を合致させ
た状態で、時間的に連続して露光処理を行うものであ
る。

【００１９】また、本発明の露光方法は、マスク上の光
透過領域の所定位置に設けられた位相シフタのエッジ部
における透過光の干渉の影を試料上に露光波長よりも短
い間隔となる複数のパターンを転写する際、前記試料上
にネガ形レジストを被着した後、前記試料上に開口する
露光波長より短い寸法のレジストパターンに対応する領
域に透過光の位相を反転させるように位相シフタのエッ
ジ部が直交する領域を備える第１のマスクと、前記位相
シフタのエッジ部の直交領域における一部を覆う遮光領
域を備える第２のマスクとの相対位置を合致させた状態
で、時間的に連続して露光処理を行うものである。

【００２０】

【作用】上記した本発明の露光方法によれば、第１のマ
スクと第２のマスクとに分けて重ね合せて露光すること
により、位相シフタを有する第１のマスクを用いてポジ
形レジストに配線パターン等のような孤立線状パターン
を転写する際に光の位相差に起因して生じる不必要なパ
ターンを、第２のマスクによる露光処理によって無くす
ことができるので、位相シフト技術を用いた露光処理に
おけるレジスト材料の制約を無くすことが可能となる。

【００２１】また、上記した本発明の露光方法によれ
ば、第１のマスクと第２のマスクとに分けて重ね合せて
露光することにより、位相シフタを有する第１のマスク
を用いてネガ形レジストに接続孔パターン等のような孤
立開口パターンを転写する際に光の位相差に起因して生
じる不必要なパターンを、第２のマスクによる露光処理
によって無くすことができるので、位相シフト技術を用
いた露光処理におけるレジスト材料の制約を無くすこと
が可能となる。

【００２２】

【実施例】以下、本発明の実施例を図面に基づいて詳細
に説明する。

【００２３】図１は本発明による露光方法を示すフロー
チャート、図２は本発明の実施例で実現しようとする回
路パターンの一例を示す平面図、図３は図２の回路パタ
ーンを得るためのマスクの組み合わせを示す説明図、図
４は図１におけるステップ１０４，１１４〜１１７の処
理内容を図化した説明図、図５は図２の回路パターンに
対応する他のマスクの組み合わせを示す説明図、図６は
第２の回路パターン例を示す平面図、図７は図６の回路
パターンを得るためのマスクの組み合わせを示す説明
図、図８はネガ形のフォトレジストを用いた通常の露光
方法を説明するための説明図、図９はポジ形のフォトレ
ジストを用いた通常の露光方法を説明するための説明
図、図１０は所定の回路パターンをポジ形のフォトレジ
ストにて形成するためのマスクの組み合わせを示す説明
図、図１１は図２の回路パターンをポジ形のフォトレジ
ストにて形成するためのマスク組み合わせを示す説明
図、図１２は位相シフトマスクの構造を示す断面図、図
１３は図１２の位相シフトマスクの要部平面図、図１４
は所定の回路パターンをネガ形のフォトレジストにて形
成するためのマスクの組み合わせを示す説明図、図１５
は所定の回路パターンをネガ形のフォトレジストにて形
成するためのマスクの組み合わせを示す説明図、図１６
は投影光学系を介して半導体ウエハ面上に投影した光の
振幅と強度の説明図、図１７は本実施例の位相シフトマ
スクの全体平面図、図１８は本発明にかかる位相シフト
マスクの製造方法を説明するための説明図、図１９は本
発明が適用される縮小投影露光装置における光学系の構
成を説明するための説明図、図２０は本発明が適用され
る他の縮小投影露光装置における光学系の構成を説明す
るための説明図、図２１は本実施例の露光処理を説明す
るための半導体ウエハの平面図である。

【００２４】本実施例においては、図３に示すように、
マスクＭを２つに分けて露光を行っている。すなわち、
図３の（ａ）に示すような第１のマスクＭと、図３の
（ｂ）に示すような第２のマスクＭとを用いて露光を行
っている。ここで、図３の（ｂ）の１つの透過領域内で
透過光の位相が逆相となる部分に影が生じるが、この影
の生じる部分に図３の（ａ）を重ね露光してパターン寸
断を防止している。

【００２５】また、このようにすれば、以下のような理
由に起因するパターン寸断も防止できる。すなわち、図
２４に示したような位相シフト技術を用いて図２のよう
なパターンのマスクＭを作成した場合、公知技術に従え
ば、Ｘ１、Ｘ２、Ｘ３の３本のパターンに相当する光透
過領域Ｔ（図の白抜き部分。なお、斜線部分は遮光領域
Ｓである）の内、Ｘ１とＸ３に位相シフタを設けること
になるが、パターンの幅および間隔が狭いと、Ｘ１とＸ
２が近接している垂直部分が同相になるため、この間の
遮光部分が形成されず、パターン間がショートしてしま
う現象を防止することもできる。

【００２６】なお、マスクＭの遮光領域Ｓは、マスク基
板１上にクロム膜２が被着されて形成されている。ま
た、マスクＭの所定の光透過領域Ｔ上には、光の位相シ
フトする位相シフタとして、位相シフト膜３が被着され
ている。

【００２７】ところで、このような組み合わせによるマ
スク使用は、実際の回路パターンが複雑であるため、コ
ンピュータによる自動設計に頼らざるを得ない。その処
理の具体例を示したのが図１のフローチャートである。
以下、図１およびその他の図面を用いて本実施例の露光
方法を説明する。

【００２８】なお、以下の実施例では、少なくとも３つ
の連続したパターンを投影露光によって互いに露光波長
より短い間隔で近接させて形成する場合について例示し
ている。

【００２９】図１の処理の概略について説明すると、ま
ず、フォトレジストパターンを、例えばシリコン（Ｓ
ｉ）単結晶からなる半導体ウエハ上に形成する際、上記
した３つのパターンの内の少なくとも１つのパターンを
ｘ方向またはｙ方向に所定間隔毎に分割して、その他の
パターンを含めてグループ分けし、このグループ分けに
対応させて、マスク上で透過する光の位相を所定間隔毎
に順次反転させる位相シフトマスクを形成する。

【００３０】続いて、分割した境界領域を覆う領域のパ
ターンデータを作成し、そのパターンデータにより遮光
マスクを形成する。この遮光マスクと位相シフトマスク
を用い、露光装置の投影光学系を通してマスクパターン
の投影像を、それらの相対位置関係を変えずに半導体ウ
エハ上のフォトレジスト膜上に結像させるものである。

【００３１】次に、パターンの形成方法について図１の
フローチャートを参照しながら説明する。

【００３２】半導体集積回路等のパターンは、例えば矩
形の図形の組み合わせとし、パターン幅Ｗ、長さＨ、そ
の中心座標（Ｘ，Ｙ）等の情報を記載したデータの組み
合わせで表現することができる（ステップ１０１）。

【００３３】それらのデータによって、組み合わされる
半導体集積回路等のパターンデータが図形の重ね合わせ
（別の表現をすれば、図形と図形とのオーバーラップ）
による場合、重ね除去処理（転写領域の切り出し）が行
われる（ステップ１０２）。

【００３４】重ね除去処理は、例えばパターンデータに
よって形成される図形をメモリマップ上に展開し、論理
和（ＯＲ）処理する。また、近接するパターンが含まれ
る領域にウィンドウを設けて、計算機の処理時間の短縮
を図っている。

【００３５】次いで、図形をＸ，Ｙの各方向へ並び替え
るソート処理を行う（ステップ１０３）。このソート
は、パターンデータを近接するパターンの面積比率が大
きい方向（例えば、Ｘ軸方向またはＹ軸方向）に、所定
の間隔（例えば、半導体集積回路パターンの配線ピッ
チ）でグループ分けして並び替えるものである。

【００３６】そして、図形が重なった点で、再度Ｘ軸方
向またはＹ軸方向に分割する処理（パターン分割）を行
う（ステップ１０４）。すなわち、ｎ個の図形Ｐi （ｉ
＝１〜ｎ、但しｎは整数）に分割する（但し、Ｘi ≦Ｘ
＜Ｘi+1 またはＹｉ≦Ｙ＜Ｙi+1 ）。

【００３７】次いで、ｉをｉ＝１に初期設定し（ステッ
プ１０５）、１つの図形Ｐi の読み込みを行う（ステッ
プ１０６）。

【００３８】続いて、並び替え処理した１つのグループ
に含まれる図形について位相シフタの形成処理が行われ
るが、その図形グループが奇数番目か偶数番目か（ｉ＝
２ｍ、但しｍは整数）によって以降の処理が異なる（ス
テップ１０７）。

【００３９】偶数番目の場合、上記のグループ内の図形
について、パターンの相対位置座標は変えないで、これ
によって決まる図形領域を透過するマスクパターンの透
過光位相をφ＝０にする（ステップ１０８）。

【００４０】ここで、上記のグループ内の図形が、これ
に隣接するグループの図形と境が接する場合は、以下の
処理を行う。すなわち、境が接するか否かの判定は、例
えば次のグループの各図形のｘ座標が前グループの図形
のｘ座標に配線ピッチを加えた値となるか否かによって
行うことができる。

【００４１】上記の隣接するグループの図形によって決
まる図形領域を透過するマスクパターンの位相がφ＝π
（１８０°）となり、前グループの図形との位相差によ
って、回折投影像が生じる。このため、この回折投影像
の影響を無くする必要がある。そこで、上記の図形の境
界部を覆う図形のパターンデータを作成し、このパター
ンデータにより、この図形を転写する遮光マスク（第２
のマスク）を作成する。このマスクを用い、上記の回折
投影像が生じた部分に重ね露光を行う。

【００４２】ステップ１０７で奇数番目であることが判
定された場合、上記のグループ内の図形について、パタ
ーンの相対位置座標を変えることなく、これによって決
まる図形領域を透過するマスクパターンの位相をφ＝π
にする（ステップ１０９）。このステップ１０９および
ステップ１０８の処理の具体例が図３の（ｂ）のマスク
Ｍであり、位相シフタの形成例を示したのが図３の
（ｃ）である（なお、図中、Ｔは光透過領域、Ｓは遮光
領域、Ｆは位相シフタである）。

【００４３】また、上記のグループ内の図形が、これに
隣接するグループの図形と境を接する場合には、図形の
境界部を覆う図形のパターンデータを作成し、このパタ
ーンデータにより、この図形を転写する遮光マスクを作
成して、上記の回折投影像が生じた部分に重ね露光す
る。

【００４４】ｎ個の図形に対する処理の終了が判定され
ると（ステップ１１０）、マスクパターン形成を実行し
（ステップ１１２）、半導体ウエハに対する露光を行う
（ステップ１１３）。一方、（ｉ＝ｉ＋１）でない場合
には、次のグループのデータを読み込み（ステップ１１
１）、Ｘ座標に対する位置、Ｐi+1 （Ｘ）−Ｐi （Ｘ）≦ｐＷを判定し（ステップ１１４）、Ｙｅｓであれば図３の
（ａ）に示すような遮光用図形Ｑi+1 （ΔＷ，Ｈ＋Δ
Ｈ，Ｘ＋ｐＷ／２，Ｙ）を作成する（ステップ１１
５）。また、判定がＮｏであれば、図形の発生は無いも
のと見なし、次のステップへ移行する（ただし、Ｐi は
図形Ｐi の位相φ＝０、Ｐi+1 は図形Ｐi+1 の位相φ＝
π、Ｐi （Ｘ）は図形Ｐi のＸ座標、Ｐi+1 （Ｘ）は図
形Ｐi+1 のＸ座標、ｐＷはＸ方向パターンピッチであ
る）。

【００４５】さらに、ステップ１１４，１１５の処理の
後、Ｙ座標に対する位置、Ｐi+1 （Ｙ）−Ｐi （Ｙ）≦ｐＨを判定し（ステップ１１６）、図３の（ａ）に示すよう
な遮光用図形Ｑi+1 （Ｗ＋ΔＷ，ΔＨ，Ｘ，Ｙ＋ｐＨ／
２）を作成し（ステップ１１７）、処理をステップ１０
６へ戻し、以降の処理を繰り返し実行する。

【００４６】なお、ステップ１０４によるパターン分割
（Ｘ方向領域分割）、遮光用図形の作成処理の流れを図
化したのが図４である。すなわち、Ｘ方向とＹ方向が連
結された部分で垂直部と水平部との境界部分で分割し、
ついで、水平部分の中間で領域分割し、パターン分割を
行っている。さらに、Ｑi+1 の光透過領域を有する遮光
用図形の作成要領が示されている。

【００４７】ここで、図３の（ｂ）に示したマスクＭの
構造について説明する。なお、図３のパターンは、半導
体ウエハ上のネガ形レジストに半導体集積回路パターン
を転写する際のパターンである。

【００４８】このマスクＭは、所定の半導体集積回路パ
ターンを縮小投影光学系等を通して半導体ウエハに転写
するためのマスク、例えば実寸の５倍の寸法の半導体集
積回路パターンの原画が形成されたレチクルである。

【００４９】このマスクＭは、例えば屈折率が1.４７程
度の透明な合成石英ガラスがベース材に用いられてお
り、その主面には、露光光に対して実質的に透明である
光透過領域Ｔ（図示の白抜領域）が不透明な遮光領域Ｓ
（図示の斜線域）を挟んで形成されているとともに、図
３の（ｃ）に示すように、光透過領域Ｔの一方に透過光
の位相を反転させる位相シフタＦが配置されている。

【００５０】そして、光透過領域Ｔには、第１の透過領
域と、これに近接すると共に第１の透過領域に対して、
その透過光の位相が反転している少なくとも第２の透過
領域とが設けられている。

【００５１】次に、図５は図２の半導体集積回路パター
ンを得るための他のマスク組み合わせを示しており、そ
のマスク構造について説明する。なお、図５のパターン
は、半導体ウエハ上のネガ形レジストに半導体集積回路
パターンを転写する際のパターンである。

【００５２】単純繰り返し方式による位相シフタの形成
では、図２で説明したようにパターン間隔が狭いと水平
部分に影が生じ、パターンが寸断される。

【００５３】この実施例は、図３の代替例に相当し、水
平部は図５の（ａ）に示す細い幅の位相シフタ４を額縁
状に設けたマスクと、図５の（ｂ）に示す３列の光透過
領域を左から順にφ＝π、φ＝０、φ＝πとなるように
位相シフタ５を設けたマスクとを使用し、これを重ね合
わせ露光することにより、影の生じないパターン露光が
可能になる。なお、図５の（ｃ),（ｄ）は断面図であ
り、図５の（ｅ),（ｆ）は半導体ウエハ上における振幅
波形、図５の（ｇ),（ｈ）は半導体ウエハ上における光
強度特性を示している。

【００５４】図３の実施例と比較して、図５の（ａ）の
実効的な転写パターンの寸法を小さくし、焦点深度を大
きくすることができる。

【００５５】また、図６は第２の回路パターン例を示す
ものである。この場合も、半導体ウエハ上のネガ形レジ
ストに半導体集積回路パターンを転写する際のパターン
である。

【００５６】このようなパターンのマスクが必要な場
合、従来方式による位相シフタの形成ではパターン間隔
が狭いと、水平方向または垂直方向の一方のパターン間
の遮光部が形成されずにショートしてしまう。

【００５７】そこで、このようなケースでは図７に示す
ように、（ａ）のようなサブ位相シフタ６を有するマス
クと（ｂ）のような位相シフタ７を有するマスクとを重
ね合わせ露光すると、図６の如き形状の希望するパター
ンが得られることになる。図７の（ａ）では図６のＱの
部分を取り囲むようにして細い幅のサブ位相シフタ６を
４つ設け、これをφ＝πの領域にしている。この結果、
図３の実施例と比較して、図６の（ａ）の実効的な転写
パターンの寸法を小さくし、焦点深度を大きくすること
ができる。

【００５８】また、図７の（ｂ）では左側の上下２本と
右側に垂直に１本の計３本の光透過領域Ｔ（白抜き部
分）が存在するが、この内、左側の上側をφ＝πとなる
ように位相シフタ７を設けると共に、右側の光透過領域
Ｔの下半分を取り囲むように位相シフタ８を設け、同様
にφ＝πの領域にしている。他は、位相シフタを設けな
いφ＝０の領域である。なお、（ｃ),（ｄ）はマスクＭ
の断面図、（ｅ),（ｆ）は半導体ウエハにおける振幅波
形であり、（ｇ),（ｈ）は半導体ウエハ上における光強
度特性を示している。

【００５９】前記した図２、図３（ｂ）、図５（ｂ）、
図６、図７（ｂ）に示した構造のマスクＭは、半導体ウ
エハ上に被着したネガ形レジストに対して露光処理する
ことで、露光波長程度またはそれ以下に近接したレジス
トパターンを半導体ウエハ上に残す応用に用いるもので
ある。例えば半導体集積回路の配線工程では、配線部の
露光レジストを残すため、通常、ネガ形レジストを用い
ることになる。

【００６０】ここで、図８の（ａ）〜（ｃ）は通常のマ
スクを用いてネガ形レジストに配線パターンを転写する
方法を説明するための説明図である。

【００６１】同図の（ａ）は露光処理中の説明図であ
る。半導体ウエハ９上には、絶縁膜１０ａが堆積され、
絶縁膜１０ａ上には、金属膜１１が堆積され、さらに、
金属膜１１上には、ネガ形レジスト１２が堆積されてい
る。マスクＭの光透過領域Ｔを透過した光は、縮小投影
レンズ１３を通じて縮小され半導体ウエハ９上のネガ形
レジスト１２に転写されるようになっている。

【００６２】同図の（ｂ）はマスクＭ上の配線パターン
等をネガ形レジスト１２に転写した後の説明図である。
金属膜１１上には、ネガ形レジスト１２からなるレジス
トパターン１２ａが形成されている。

【００６３】ネガ形レジストの場合は、光が当たった箇
所が硬化してパターンとして残るようになっている。し
たがって、マスクＭ上の光透過領域Ｔがネガ形レジスト
の残存するパターンである。

【００６４】同図の（ｃ）はそのパターニングされたレ
ジストパターン１２ａをエッチングマスクとして金属膜
１１をパターニングして配線パターン１１ａを形成した
後の説明図である。

【００６５】一方、ポジ形レジストを用いれば、同一形
状の溝を形成する応用に用いることができる。ここで、
図９の（ａ）〜（ｃ）は通常のマスクを用いてポジ形レ
ジストに接続孔パターンを形成する方法を説明するため
の説明図である。

【００６６】同図（ａ）は露光中の説明図である。金属
膜１１上には、絶縁膜１０ｂが堆積され、絶縁膜１０ｂ
上には、ポジ形レジスト１４が堆積されている。マスク
Ｍの光透過領域Ｔを透過した光は、縮小投影レンズ１３
を通じて縮小され半導体ウエハ９上のポジ形レジスト１
４に転写されるようになっている。

【００６７】同図の（ｂ）はマスクＭ上の接続孔パター
ン等をポジ形レジスト１４に転写した後の説明図であ
る。絶縁膜１０ｂ上には、ポジ形レジスト１４からなる
レジストパターン１４ａが形成されている。

【００６８】ポジ形レジストの場合は、光が当たった箇
所が除去され、光の当たらなかった箇所がパターンとし
て残るようになっている。したがって、マスクＭ上の遮
光領域がポジ形レジストの残存するパターンである。

【００６９】同図の（ｃ）はそのパターニングされたレ
ジストパターン１４ａをエッチングマスクとして絶縁膜
１０ｂをパターニングして接続孔１５を形成した後の説
明図である。

【００７０】ところで、位相シフト技術を用いて配線パ
ターン等のような孤立パターンをポジ形レジストに転写
する場合、光の位相差に起因して本来パターンが形成さ
れない領域に不必要なパターンが形成されてしまうの
で、位相シフト技術を用いた孤立パターンの形成には、
通常、ポジ形レジストが用いられず、ネガ形レジストが
用いられている。

【００７１】なお、溝パターンを形成したポジ形レジス
ト上にスパッタリング法等により金属膜を堆積させた
後、そのポジ形レジストを除去することにより溝パター
ン以外の金属膜を除去する、いわゆるリフトオフ法を用
いて配線パターンを形成することもできるが一般的でな
い。

【００７２】本実施例においては、露光領域を２つに分
け、一方を位相シフタの形成された露光領域とし、他方
を不必要なパターン部分に光を照射するための露光領域
とすることにより、露光波長程度またはそれ以下に近接
したレジストパターンを半導体ウエハ上のポジ形レジス
トに転写することが可能となっている。すなわち、半導
体ウエハ上に被着するレジストがポジ形かネガ形かに関
する制約を無くすことが可能となっている。以下、具体
的な例を用いて説明する。

【００７３】図１０は、半導体ウエハ上に被着したポジ
形レジストに、露光波長程度またはそれ以下に近接した
レジストパターンを露光処理によって残す方法を説明す
るための説明図である。なお、ｘ1 〜ｘ6 ，ｙ1 ，ｙ2
は位置座標を表し、同一位置には同一位置座標が示され
ている。

【００７４】同図（ａ）は、半導体ウエハのポジ形レジ
ストに実際に形成する近接したレジストパターンの一例
であり、斜線で示す互いに平行に延在する２本の長方形
状のパターンがポジ形レジストからなるレジストパター
ン１４ａである。

【００７５】同図（ｂ）は、（ａ）のレジストパターン
１４ａを形成するための第１のマスクＭの一例である。
マスクＭ上には、互いに平行に延びる３つの長方形状の
光透過領域Ｔが形成されており、そのうちの両側の光透
過領域Ｔを透過する各々の光は位相が同相で、両側の光
透過領域Ｔと中央の光透過領域Ｔとを透過する各々の光
は位相が互いに逆相となるように設定されている。両側
の光透過領域Ｔと中央の光透過領域Ｔとに挟まれた遮光
領域Ｓが、（ａ）に示した半導体ウエハ上に残る露光波
長よりも短い間隔のレジストパターン１４ａに対応す
る。

【００７６】同図（ｃ）は、（ａ）のレジストパターン
１４ａを形成するための第２のマスクＭの一例である。
マスクＭ上には、（ｂ）の第１のマスクにおける光透過
領域Ｔとそれに挟まれた遮光領域Ｓとを覆うような、す
なわち、座標（ｘ1 ，ｙ1 ），（ｘ6 ，ｙ1 ），（ｘ1
，ｙ2 ），（ｘ6 ，ｙ2 ）によって形成される四角形
状の遮光領域Ｓが形成されている。ただし、この遮光領
域Ｓは、（ｂ）の両側の光透過領域Ｔの少なくとも一部
を覆うように形成されれば良い。

【００７７】このような第１のマスクＭおよび第２のマ
スクＭを用いてレジストパターン１４ａを形成するに
は、半導体ウエハ上にポジ形レジストを被着した後、そ
の第１のマスクＭおよび第２のマスクＭの相対的位置を
合致させた状態で時間的に連続して露光を行うようにす
れば良い。

【００７８】なお、同図（ａ）と（ｂ），（ｃ）とは説
明の都合により、同一の尺度としている。例えば５：１
縮小投影露光に用いるレチクルに適用する場合には、同
図（ｂ），（ｃ）は、（ａ）に対し５倍に拡大する必要
がある。以下、レジストパターンとそれに対応したマス
クの説明においても同一の尺度として説明する。

【００７９】また、図１１は、ポジ形レジストを用い
て、図２の配線パターンを形成する場合の例を示したも
のである。なお、ｘ1 〜ｘ8 ，ｙ1 〜ｙ6 は位置座標を
表し、同一位置には同一位置座標が示されている。

【００８０】同図の（ａ）は、半導体ウエハ上のポジ形
レジストに転写する近接したレジストパターンの一例で
ある。半導体ウエハ上には斜線で示す３つのレジストパ
ターン１４ａが配置されている。３つのレジストパター
ン１４ａのうち、図１１の一番左側のレジストパターン
１４ａは、途中位置で直交する方向に延びた後、中央の
レジストパターン１４ａの配置線上で再度直交する方向
へ延びて形成されている。

【００８１】同図（ｂ）は、（ａ）のレジストパターン
１４ａを形成するための第１のマスクＭの一例である。
マスクＭ上には、３つの光透過領域Ｔが形成されてお
り、そのうち、図１１（ｂ）の左側２つの光透過領域Ｔ
は、同一領域内で透過する光の位相が逆相となるように
設定されている。光透過領域Ｔに挟まれた遮光領域Ｓ
が、（ａ）に示した半導体ウエハ上に残る露光波長より
も短い間隔のレジストパターン１４ａに対応する。

【００８２】同図（ｃ）は、（ａ）のレジストパターン
１４ａを形成するための第２のマスクＭの一例である。
マスクＭ上には、（ｂ）の第１のマスクＭにおける光透
過領域Ｔとそれに挟まれた遮光領域Ｓとを覆うような、
すなわち、座標（ｘ1 ，ｙ1），（ｘ8 ，ｙ1 ），（ｘ1
，ｙ6 ），（ｘ8 ，ｙ6 ）によって形成される四角形
状の遮光領域Ｓが形成されている。ただし、この四角形
状の遮光領域Ｓは、両側の光透過領域Ｔの少なくとも一
部を覆うように形成されれば良い。

【００８３】そして、この四角形状の遮光領域Ｓの所定
位置に、すなわち、第１のマスクＭでの露光処理のみで
は光の位相が反転する境界領域となり不必要なパターン
がポジ形レジストに残ってしまう箇所に、四角形状の微
小な光透過領域Ｔが形成されている。ここで、この微小
な光透過領域Ｔの周囲に、前記図５（ａ）等と同様に、
その透過光の位相を反転させる位相シフタを設けること
で、より微細なパターンに対応させることができる。

【００８４】このような第１のマスクＭおよび第２のマ
スクＭを用いてレジストパターン１４ａを形成するに
は、半導体ウエハ上にポジ形レジストを被着した後、そ
の第１のマスクＭおよび第２のマスクＭの相対的位置を
合致させた状態で時間的に連続して露光を行うようにす
れば良い。これにより、微細配線を形成することが可能
となる。

【００８５】また、ポジ形レジストに接続孔用のレジス
トパターンを転写するには、図５の（ａ）または図７の
（ａ）に示した構造の位相シフトマスクのみを用いて露
光処理を行えば良い。

【００８６】あるいは、ポジ形レジストに接続孔用のレ
ジストパターンを転写するために、図１２および図１３
に示すように、ガラス基板１６上に、例えば透過率が６
％程度以下の半透明の位相反転膜１７を堆積し、その所
定位置に所望形状・寸法の開口パターン１８を形成した
位相シフタを有するマスクＭ0 を用いて露光処理を行う
ようにしても良い。なお、透過光の位相差（Ｌ2 −Ｌ1
）は、約１８０度である。

【００８７】すなわち、本実施例においては、図１０お
よび図１１の方法と、図５の（ａ）および図７の（ａ）
の方法と、位相シフト技術を使用しない工程では従来の
通常の遮光マスクを用いる方法等とを、半導体集積回路
装置の製造工程で適宜使い分けることにより、半導体集
積回路装置の製造工程における全露光処理において、ポ
ジ形レジストのみを用いて、露光波長程度またはそれ以
下に近接するレジストパターンまたは露光波長程度また
はそれ以下の寸法のレジストパターンを形成することが
できる。

【００８８】一方、ネガ形レジストを用いた場合、図２
等で説明したようにラインパターンを形成することは可
能であるが、微小な接続孔を形成することが困難であ
る。これは、位相シフト技術を用いて接続孔等のような
孤立開口パターンをネガ形レジストに転写する場合、光
の位相差に起因して本来パターンが形成されない領域に
不必要なパターンが形成されてしまうからである。

【００８９】本実施例においては、露光領域を２つに分
け、一方を位相シフタの形成された露光領域とし、他方
を不必要なパターン部分に光を照射するための露光領域
とすることにより、露光波長程度またはそれ以下に近接
したレジストパターンを半導体ウエハ上のネガ形レジス
トに転写することが可能となっている。すなわち、半導
体ウエハ上に被着するレジストがポジ形かネガ形かに関
する制約を無くすることが可能となっている。以下、具
体的な例を用いて説明する。

【００９０】図１４は、微小接続孔をネガ形レジストを
用いて位相シフト技術を用いた露光処理によって形成す
る方法の一例である。なお、本図におけるｘ1 ，ｘ2 ，
ｙ1，ｙ2 はマスクＭ上の図形の中心位置座標を表し、
同一位置には同一位置座標が示されている。

【００９１】同図（ａ）は、半導体ウエハ上のネガ形レ
ジストに転写する近接したレジストパターン１２ａの一
例である。白抜きの４つの微小四角形が接続孔を形成す
るための領域である。

【００９２】同図（ｂ）は、（ａ）に示した露光波長よ
りも短い間隔のレジストパターン１２ａを形成するため
の第１のマスクＭの一例である。マスクＭ上において接
続孔を形成する位置には位相シフタ１９ａが配置されて
いる。位相シフタ１９ａは、２つの直角二等辺三角形の
直角部を、その各々の斜辺が一直線上に配置されるよう
に接触させて構成されている。すなわち、位相シフタ１
９ａは、２本の直線状のエッジをＸＹ軸に対して±４５
度傾かせて直交されてなる直交領域を有している。

【００９３】同図（ｃ）は、（ａ）のレジストパターン
１２ａを形成するための第２のマスクＭの一例である。
マスクＭ上において接続孔を形成するための位置には、
第１のマスクＭの位相シフタ１９ａにおけるエッジの直
交領域の一部を覆うような四角形状の遮光パターン２０
が形成されている。

【００９４】このような第１のマスクＭおよび第２のマ
スクＭを用いてレジストパターン１２ａを形成するに
は、半導体ウエハ上にネガ形レジストを被着した後、そ
の第１のマスクＭおよび第２のマスクＭの相対的位置を
合致させた状態で時間的に連続して露光を行うようにす
れば良い。これにより、微小な接続孔を形成することが
可能となる。

【００９５】図１５は微小な接続孔をネガ形レジストを
用いて位相シフト技術を用いた露光処理によって形成す
る方法の他の一例である。

【００９６】同図（ａ）は、半導体ウエハ上のネガ形レ
ジストに転写する近接したレジストパターン１２ａの一
例である。白抜きの４つの微小四角形が接続孔を形成す
るための領域である。

【００９７】同図（ｂ）は、（ａ）に示した露光波長よ
りも短い間隔のレジストパターン１２ａを形成するため
の第１のマスクＭの一例である。破線は接続孔を示して
いる。

【００９８】マスクＭ上には、四角形状の位相シフタ１
９ｂが配置されている。この位相シフタ１９ｂは、その
各辺が接続孔の対角線上に配置されるように形成されて
いる。ただし、ここでは位相シフタ１９ａのエッジが、
（ａ）の少なくとも２個のレジストパターン１２ａの開
口パターンの対角線に対応するように形成されていれば
良い。

【００９９】ここで、少なくとも２個の対角線としたの
は、これによって、個々の開口パターン毎に位相シフタ
を設ける場合よりも位相シフタのパターン寸法をある程
度大きくとることが可能となるからであり、位相シフタ
の有る領域と無い領域との透過光の良好な干渉が得られ
るからである。

【０１００】同図（ｃ）は、（ａ）に示した露光波長よ
りも短い間隔のレジストパターン１２ａを形成するため
の第２のマスクＭの一例である。破線は接続孔を示して
いる。

【０１０１】マスクＭ上には、（ｂ）に示した位相シフ
タ１９ｂと重ねた時にその一辺と接続孔の位置で直交す
るような辺をもつ形状の位相シフタ１９ｃが形成されて
いる。ただし、ここでは位相シフタ１９ｃのエッジが、
（ａ）の少なくとも２個の開口パターンの対角線に対応
するように形成されていれば良い。

【０１０２】ここで、少なくとも２個の対角線としたの
は、これによって、個々のレジストパターン毎に位相シ
フタを設ける場合よりも位相シフタのパターン寸法をあ
る程度大きくとることが可能となるからであり、位相シ
フタの有る領域と無い領域との透過光の良好な干渉が得
られるからである。

【０１０３】なお、図示はしないが、図１５の（ｂ），
（ｃ）のマスクには、その周囲に位置合せマークパター
ンが形成されている。

【０１０４】このような第１のマスクＭおよび第２のマ
スクＭを用いて接続孔用のレジストパターン１２ａを形
成するには、半導体ウエハ上にネガ形レジストを被着し
た後、その第１のマスクＭおよび第２のマスクＭの相対
的位置を合致させた状態で時間的に連続して露光を行う
ようにすれば良い。これにより、微小な接続孔を形成す
ることが可能となる。

【０１０５】また、上記した図１４および図１５のマス
クを用いて、半導体集積回路素子の形成された半導体ウ
エハ上に接続孔を形成するには、例えば以下のようにす
れば良い。すなわち、まず、半導体ウエハ上に堆積され
た絶縁膜上にネガ形レジストを塗布し、絶縁膜上に接続
孔用のレジストパターンを図１４または図１５のマスク
を用いて露光処理によって形成した後、そのレジストパ
ターンをエッチングマスクとして絶縁膜をエッチングす
ることにより、その絶縁膜に露光波長より短い寸法の接
続孔を形成する。

【０１０６】ここで、図１６は、投影光学系（光学露光
装置）を介して、半導体ウエハ面上に投影した光の振幅
と強度の説明図である。

【０１０７】上記の構成によって、図１６の（ａ）に示
すように、マスクＭ上に形成された遮光領域Ｓを挟む光
透過領域Ｔ1 ，Ｔ2 の一方に形成された位相シフタＦに
より透過光を位相反転させ、それらの間の光の干渉を利
用することで、光学投影システムを通して、露光波長よ
り近接したパターンを半導体ウエハ上のレジスト膜上に
結像させることができる。

【０１０８】マスクＭの第１の光透過領域Ｔ1 を透過し
た直後の光Ｌ1 は、第２の光透過領域Ｔ2 を透過した直
後の光Ｌ2 の位相とが（ｂ）のように互いに反転する。
マスクＭの通過直後の振幅は矩形波形であるが、半導体
ウエハ上での振幅は（ｃ）のような波形になる。そし
て、半導体ウエハでは、２つの光がそれらの境界部とな
る遮光領域Ｓで互いに干渉し合って弱め合い、（ｄ）の
ような光強度波形になる。

【０１０９】本実施例では、遮光領域Ｓを挟んで隣接す
る一方の光透過領域Ｔ1 と他方の光透過領域Ｔ2 とを互
いに位相反転させている。このように、露光波長の１／
２程度離すことで、透過光の強度を互いに増加させるこ
とができる。そこで、前記分割の境界領域を覆う領域の
パターンデータを作成し、このパターンデータに基づい
て遮光マスクを形成し、位相シフト手段の投影によって
生じた影の部分に重ね露光させる。

【０１１０】図１７は本実施例のマスクＭの全体構成を
示したものである。図１７に示すように、露光に用いる
転写領域Ａ1 ，Ａ2 の周囲に不透明な遮光領域Ｓが設け
られている。この遮光領域ＳにマスクＭの位置合せマー
クＢ1 ，Ｂ2 、マスクＭと被露光試料である半導体ウエ
ハとの位置合せマークＢ3 ，Ｂ4 を形成してあり、これ
によって前記マスクＭと半導体ウエハとを位置合わせし
て露光することができる。なお、Ｂ5 ，Ｂ6 は位相シフ
ト層および遮光層位置合せマークである。

【０１１１】上記の位相シフタを有するマスクＭ0 とマ
スクＭとを同一のガラス基板１６に構成しておくこと
で、露光の際、露光装置のマスクブラインドにより、マ
スク面に照射する露光光を遮蔽することで、効率よく露
光することができる。この点については、二枚の異なる
ガラス基板に分けて２回に分けて露光処理を行っても同
様に露光することは可能である。

【０１１２】単に遮光領域を挟む光透過領域の一方に位
相差を与える従来方式では、微細な転写パターンの配置
に制約があったが、本方式により、露光の実行スループ
ットを低下させないで、その制約を無くすことができ
る。したがって、位相シフトパターンの配置の自動化を
推進することが可能となる。

【０１１３】次に、本実施例のマスクの作成方法および
それを用いた露光方法について説明する。図１８（ａ）
〜（ｆ）は本実施例のマスクの製造方法を説明するため
の説明図である。

【０１１４】まず、マスク素材Ｍ0 を作成する。マスク
素材Ｍ0 は、透明な石英ガラス等からなるガラス基板１
６の主面上に、例えばスパッタリング法を用いてＣｒ
（クロム）等の金属薄膜２１を堆積して作成される。こ
のマスク素材Ｍ0 の主面に、（ａ）のように電子線レジ
スト２２ａがスピン塗布されている。

【０１１５】次に、電子線描画装置を用い、このマスク
素材Ｍ0 に電子線を照射する。電子線描画装置は、半導
体集積回路パターンの図形情報や位置座標等のパターン
データに基づいて、コンピュータ制御により電子線を走
査する。ここで用いるパターンデータは、例えば図１の
ステップ１０９に示した透過光の位相を反転させる領域
（φ＝π）に対応したものである。

【０１１６】この際、半導体集積回路パターンの他、図
１７に示すように、マスクＭの主面上周辺部の対角に遮
光パターン加工のための２つの位置合わせマークのパタ
ーンも露光される。このパターンは、３００μｍ程度の
大きさのクロスマークである。

【０１１７】次いで、電子線レジスト２２ａがポジ型で
あるかネガ型であるかに応じて、その露光部分または未
露光部分を現像液により除去し、露出したＣｒ膜をエッ
チングすることにより図１８の（ｂ）に示すように、遮
光パターン２１ａを形成する。Ｃｒ膜のエッチングは、
例えば硝酸セリウム第二アンモニウム等の湿式エッチン
グを用いて行うことができる。

【０１１８】なお、次の工程であるガラス基板１６のエ
ッチングでＣｒ膜上のレジストは通常除去されるが、こ
の場合、酸素プラズマエッチング等によって除去し、マ
スク洗浄して、マスクＭの外観検査をすることが望まし
い。この外観検査で発見された微小なＣｒ膜の残り欠陥
は、例えばレーザ光の照射により除去される。また、Ｃ
ｒ膜の欠け欠陥は、例えばネガ型レジストを用いて当該
欠陥箇所にスポット露光し、現像してレジストを残して
おく。このようにして、実質的に無欠陥な位相シフト層
形成のための遮光パターン２１ａが形成できる。

【０１１９】次に、図１８の（ｃ）に示すように、Ｃｒ
膜等をマスクとして、ガラス基板１６を所定の深さだ
け、ＣＦ₄のプラズマエッチング処理等によってエッチ
ング除去する。ここで、ガラス基板１６の深さｄは、露
光光の波長をλ、ガラス基板１６の屈折率をｎとする
と、次式で表される。或いは、この奇数倍の関係を満た
すように設定する。

【０１２０】ｄ＝λ／２（ｎ−１）例えば光の波長を３６５ｎｍ（ｉ線）、ガラス基板１６
の屈折率を1.４７とすると、ガラス基板１６の深さｄは
３９０ｎｍ程度にすればよい。ＣＦ₄のプラズマエッチ
ング処理では、エッチング時間等で深さの制御ができ
る。なお、このプラズマエッチング処理によって、特定
の場所が所定の深さとなっていない欠陥については、収
束イオンビーム法等によって当該欠陥箇所に照射し、ガ
ラス基板１６のエッチング処理を行う。

【０１２１】また、ガラス基板１６の代りに、ガラス基
板１６上に所定の膜厚の透明膜と遮光膜を堆積しておく
ことで、深さの加工精度を向上させることができる。

【０１２２】次に、湿式エッチング処理等を用い、図１
８の（ｄ）に示すように、Ｃｒ膜を除去する。さらに、
図１８の（ｅ）に示すように、ガラス基板１６の主面上
に、例えばスパッタリング法を用いてＣｒ等の金属薄膜
２３のように堆積した後、この主面の金属薄膜２３上に
電子線レジスト２２ｂをスピン塗布する。

【０１２３】さらに、上記の位置合せ用クロスマークを
電子線描画装置を用いて、位置検出し、このガラス基板
１６上に形成した段差パターンの座標系を合わせ、所望
のパターンを所定の位置に電子線照射する。ここで、電
子線照射するパターンは、例えば図３に示した光透過領
域Ｔ（φ＝πとφ＝０との合成領域）のポジネガ反転領
域である遮光領域Ｓとなるパターンである。電子線描画
装置の描画精度に関しては、パターンの重ね合わせを0.
１μｍ以下にすることができるので、この方式は、例え
ば縮小率１／５の露光装置のマスク（レチクル）に適用
可能である。

【０１２４】また、回路パターンに加えて、ガラス基板
１６の転写領域の周辺部に半導体ウエハとの位置合わせ
マークのためのパターンを露光する。この位置合わせマ
ークのパターンは、縮小投影露光装置によって指定され
るものである。その後、電子線レジスト２２ｂがポジ形
であるかネガ形であるかに応じて、その露光部分または
未露光部分を現像液により除去し、露出した金属薄膜２
３をエッチングすることにより、図１８の（ｆ）に示す
ように、遮光パターン２３ａを形成する。

【０１２５】最後に上記の電子線レジスト２２ｂを除去
する。そして、遮光パターン２３ａの外観検査をする。
遮光パターン２３ａは、微小なＣｒ膜の残り欠陥は、例
えばレーザ光を照射して除去し、Ｃｒ膜の欠け欠陥は、
例えば収束イオンビーム法により、有機ガスを添加して
当該欠陥箇所に照射して、カーボン膜の遮光膜を形成す
ることで、欠陥を修正することができる。

【０１２６】上記の説明では、透過光の位相を反転させ
る方式として、ガラス基板１６をエッチング除去する方
式を示したが、ガラス基板１６上に透明膜を堆積しても
良い。この透明膜としては、例えばスピンオングラス(S
pin On Glass) 等の手段を用いることができる。

【０１２７】図１９は本実施例の縮小投影方式の露光装
置２４ａの光学系を示す構成図である。

【０１２８】露光装置２４ａは、光源２５と半導体ウエ
ハ９とを結ぶ光路上には、ビームエクスパンダ２６、ミ
ラー２７、ハーフミラー２８（またはビームスプリッ
タ）、レンズ２９、ミラー３０および対物レンズ３１が
配設されている。また、ハーフミラー２８の反射光路上
には、ミラー３２、レンズ３３、ミラー３４、対物レン
ズ３５の各々が順次配設されている。

【０１２９】そして、マスクＭ1 ，Ｍ2 の位置に、例え
ば図１０，図１１等のように位相シフタを設けたマスク
Ｍを配設する。光源２５は、例えばｉ線（波長３６５ｎ
ｍ）等の光Ｌを放射する高圧水銀ランプである。また、
半導体ウエハ９は、Ｘ，Ｙステージ３６上に露光に先行
して正確に位置決めしてセットされる。なお、半導体ウ
エハ９の主面には、光に感光するレジストがスピン塗布
されている。

【０１３０】光源２５からの光Ｌはビームエクスパンダ
２６によって拡大され、ミラー２７によって屈折された
後、ハーフミラー２８によって２つの光Ｌ1 ，Ｌ2 に分
割される。その後、２つの光Ｌ1 ，Ｌ2 の内の一方の光
（Ｌ1)は、そのまま直進してマスクＭ1 に入射し、もう
一方の光（Ｌ2 ）はミラー３２によって屈折された後、
マスクＭ2 に入射する。

【０１３１】マスクＭ1 を透過した光は、レンズ２９で
集光されミラー３０で屈折された後、対物レンズ３１に
よって半導体ウエハ９上に露光される。一方、ハーフミ
ラー２８の反射光路上の光Ｌ2 は、ミラー３２で屈折さ
れる。さらに、ミラー３２の出射光はマスクＭ2 を透過
し、レンズ３３で集光され、さらにミラー３４で屈折さ
れた後、対物レンズ３５により半導体ウエハ９上に露光
される。

【０１３２】なお、図１９の露光装置２４ａにおいて
は、２つの光Ｌ1 ，Ｌ2 の干渉を防ぐため、光Ｌ1 の光
軸上にインコヒーレント変換器（不図示）を挿入しても
良い。また、２つの光Ｌ1 ，Ｌ2 の光路差を可干渉距離
以上にするような透明ガラスを挿入しても良い。さらに
は、ハーフミラー２８およびミラー３２の後段にシャッ
ターを設け、マスクＭ1 とマスクＭ2 との一方を露光後
に他方の露光を行うようにしても良い。

【０１３３】また、露光装置２４ａは、マスクＭ1 ，Ｍ
2 への照射光のコヒーレンシまたは照射角度の変更機能
と、マスクＭ1 ，Ｍ2 への照射光領域の設定機能と、照
射光領域の設定に対応したマスクＭ1 ，Ｍ2 の転写領域
の移動機能とを備えている。これにより、縮小投影光学
レンズの歪による誤差を低減し、転写パターンの重ね合
せ精度を向上させることが可能となっている。

【０１３４】図２０は、本実施例において用いる他の縮
小投影方式の露光装置の光学系を示す構成図である。

【０１３５】露光装置２４ｂの光源２５と半導体ウエハ
９とを結ぶ光路上には、ミラー３７，３８、シャッタ３
９、アパーチャ４０、ショートカットフィルタ４１、マ
スクブラインド４２、コンデンサレンズ４３および縮小
投影レンズ４４が配設されており、アライメント系に
は、前記マスクＭが位置決めされている。このマスクＭ
は、マスク移動台４５によって水平方向に移動できるよ
うになっている。マスク移動台４５は、照射光領域の設
定値に対応して移動できるようになっている。

【０１３６】そして、マスクＭの位置に、例えば図１
０、図１１等の位相シフタを設けたマスクＭを配設す
る。光源２５は、例えばｉ線（波長３６５ｎｍ）等の光
Ｌを放射する高圧水銀ランプである。また、半導体ウエ
ハ９は、Ｘ，Ｙステージ３６上のウエハ吸着台４６に露
光に先行して正確に位置決めしてセットされる。なお、
半導体ウエハ９の主面には、光に感光するレジストがス
ピン塗布されている。

【０１３７】また、露光装置２４ｂにおいても、マスク
Ｍへの照射光のコヒーレンシまたは照射角度の変更機能
と、マスクＭへの照射光領域の設定機能と、照射光領域
の設定に対応したマスクＭの転写領域の移動機能とを備
えている。これにより、縮小投影光学レンズの歪による
誤差を低減し、転写パターンの重ね合せ精度を向上させ
ることが可能となっている。

【０１３８】本実施例の露光装置２４ｂおよびマスクＭ
を用いて半導体ウエハ９に所定の半導体集積回路パター
ンを転写するには、まず、光源２５から放射された光Ｌ
をマスクＭに入射する。この時、光ＬがマスクＭの第一
のパターン領域のみに入射するようにマスクブラインド
４２を調整する。

【０１３９】パターン領域を透過した光は、縮小投影レ
ンズ４４を介して、スポット光ビームとなり、ウエハ吸
着台４６に位置決められた半導体ウエハ９の主面に入射
する。

【０１４０】半導体ウエハ９の主面は、図２１に示すよ
うに、多数の露光領域Ｅ1 ，Ｅ2 ，Ｅ3 ，…に分割され
ており、第一のパターン領域を透過した光は第一の露光
領域Ｅ1 に入射する。

【０１４１】続いて、Ｘ，Ｙステージ３６を移動させ
て、半導体ウエハ９を水平方向に移動し、第一のパター
ン領域を透過した光は第一の露光領域Ｅ2 に入射する。

【０１４２】以後、このような操作を繰り返し、第一の
パターン領域に形成された半導体集積回路パターンを半
導体ウエハ９に転写する。

【０１４３】次に、マスクＭを移動させ、マスクブライ
ンド４２を調整し、光源２５から放射された光Ｌをマス
クＭの第二のパターン領域のみに入射する。パターン領
域を透過した光Ｌは、縮小投影レンズ４４を介して、ス
ポット光ビームとなり、半導体ウエハ９主面の第一の露
光領域Ｅ2 に入射する。

【０１４４】以後、このような操作を繰り返し、第二の
パターン領域に形成された半導体集積回路パターンを半
導体ウエハ９に転写する。

【０１４５】このようにして、同一のマスクＭの二つの
パターン領域に形成されたパターンを半導体ウエハ９の
同一領域に重ね露光が容易にできる。

【０１４６】このように、本実施例においては、以下の
効果を得ることが可能となる。

【０１４７】(1).露光領域を２つに分け、一方を位相シ
フタの形成された露光領域とし、他方を不必要なパター
ン部分に光を照射するための露光領域とすることによ
り、所定の半導体集積回路パターンを半導体ウエハ９上
のポジ形レジストに転写することが可能となる。すなわ
ち、半導体ウエハ９上に被着するレジストがポジ形かネ
ガ形かに関する制約を無くすことが可能となる。したが
って、半導体集積回路装置の製造工程における全露光処
理において、ポジ形レジストのみを用いて、レジストパ
ターンを形成することが可能となる。

【０１４８】(2).露光領域を２つに分け、一方を位相シ
フタの形成された露光領域とし、他方を不必要なパター
ン部分に光を照射するための露光領域とすることによ
り、所定の半導体集積回路パターンを半導体ウエハ９上
のネガ形レジストに転写することが可能となる。すなわ
ち、半導体ウエハ９上に被着するレジストがポジ形かネ
ガ形かに関する制約を無くすことが可能となる。したが
って、半導体集積回路装置の製造工程における全露光処
理において、ネガ形レジストのみを用いて、レジストパ
ターンを形成することが可能となる。

【０１４９】以上、本発明者によってなされた発明を実
施例に基づき具体的に説明したが、本発明は前記実施例
に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲
で種々変更可能であることは言うまでもない。

【０１５０】例えば前記実施例においては、マスクが１
枚の場合と、２枚の組み合わせから成る場合とを示した
が、３枚以上の組み合わせであっても良い。

【０１５１】以上の説明では主として本発明者によって
なされた発明をその背景となった利用分野である半導体
集積回路装置の製造工程における露光処理に適用した場
合について説明したが、これに限定されず種々適用可能
であり、例えば液晶基板等の製造における露光処理等の
ような他の露光方法に適用することも可能である。

【０１５２】

【発明の効果】本願において開示される発明のうち、代
表的なものによって得られる効果を簡単に説明すれば、
以下のとおりである。

【０１５３】(1).本発明の露光方法によれば、第１のマ
スクと第２のマスクとに分けて重ね合せて露光すること
により、位相シフタを有する第１のマスクを用いてポジ
形レジストに配線パターン等のような孤立線状パターン
を転写する際に光の位相差に起因して生じる不必要なパ
ターンを、第２のマスクによる露光処理によって無くす
ことができるので、位相シフト技術を用いた露光処理に
おけるレジスト材料の制約を無くすことが可能となる。
したがって、半導体集積回路装置の製造工程における全
ての露光処理において一貫してポジ形レジストを用いる
ことが可能となる。

【０１５４】(2).上記した本発明の露光方法によれば、
第１のマスクと第２のマスクとに分けて重ね合せて露光
することにより、位相シフタを有する第１のマスクを用
いてネガ形レジストに接続孔パターン等のような孤立開
口パターンを転写する際に光の位相差に起因して生じる
不必要なパターンを、第２のマスクによる露光処理によ
って無くすことができるので、位相シフト技術を用いた
露光処理におけるレジスト材料の制約を無くすことが可
能となる。したがって、半導体集積回路装置の製造工程
における全ての露光処理において一貫してネガ形レジス
トを用いることが可能となる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明による露光方法を示すフローチャートで
ある。

【図２】本発明の実施例で実現しようとする回路パター
ンの一例を示す平面図である。

【図３】図２の回路パターンを得るためのマスクの組み
合わせを示す説明図である。

【図４】図１におけるステップ１０４，１１４〜１１７
の処理内容を図化した説明図である。

【図５】図２の回路パターンに対応する他のマスクの組
み合わせを示す説明図である。

【図６】第２の回路パターン例を示す平面図である。

【図７】図６の回路パターンを得るためのマスクの組み
合わせを示す説明図である。

【図８】ネガ形のフォトレジストを用いた通常の露光方
法を説明するための説明図である。

【図９】ポジ形のフォトレジストを用いた通常の露光方
法を説明するための説明図である。

【図１０】所定の回路パターンをポジ形のフォトレジス
トにて形成するためのマスクの組み合わせを示す説明図
である。

【図１１】図２の回路パターンをポジ形のフォトレジス
トにて形成するためのマスク組み合わせを示す説明図で
ある。

【図１２】位相シフトマスクの構造を示す断面図であ
る。

【図１３】図１２の位相シフトマスクの要部平面図であ
る。

【図１４】所定の回路パターンをネガ形のフォトレジス
トにて形成するためのマスクの組み合わせを示す説明図
である。

【図１５】所定の回路パターンをネガ形のフォトレジス
トにて形成するためのマスクの組み合わせを示す説明図
である。

【図１６】投影光学系を介して半導体ウエハ面上に投影
した光の振幅と強度の説明図である。

【図１７】本実施例の位相シフトマスクの全体平面図で
ある。

【図１８】本発明にかかる位相シフトマスクの製造方法
を説明するための説明図である。

【図１９】本発明が適用される縮小投影露光装置におけ
る光学系の構成を説明するための説明図である。

【図２０】本発明が適用される他の縮小投影露光装置に
おける光学系の構成を説明するための説明図である。

【図２１】本実施例の露光処理を説明するための半導体
ウエハの平面図である。

【図２２】位相シフトを有しないマスクの構造を示す断
面図である。

【図２３】図２２のマスクの光強度分布を示す特性図で
ある。

【図２４】従来の位相シフトマスクの構造を示す断面図
である。

【図２５】図２４の光強度分布を示す特性図である。

【符号の説明】

１ガラス基板２クロム膜３位相シフト膜４位相シフタ５位相シフタ６サブ位相シフタ７位相シフタ８位相シフタ９半導体ウエハ１０ａ，１０ｂ絶縁膜１１金属膜１１ａ配線パターン１２ネガ形のフォトレジスト１２ａレジストパターン１３縮小投影レンズ１４ポジ形のフォトレジスト１４ａレジストパターン１５接続孔１６ガラス基板１７位相反転膜１８開口パターン１９ａ〜１９ｃ位相シフタ２０遮光パターン２１金属薄膜２１ａ遮光パターン２２ａ，２２ｂ電子線レジスト２３金属薄膜２３ａ遮光パターン２４ａ，２４ｂ露光装置２５光源２６ビームエクスパンダ２７ミラー２８ハーフミラー２９レンズ３０ミラー３１対物レンズ３２ミラー３３レンズ３４ミラー３５対物レンズ３６Ｘ，Ｙステージ３７ミラー３８ミラー３９シャッタ４０アパーチャ４１ショートカットフィルタ４２マスクブラインド４３コンデンサレンズ４４縮小投影レンズ４５マスク移動台４６ウエハ吸着台５０マスク基板５１金属膜５２位相シフタＭ，Ｍ1 マスクＳ遮光領域Ｔ光透過領域Ｐ1 ，Ｐ2 光透過領域Ｎ遮光領域

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】マスクの光透過領域の所定位置に設けら
れた位相シフタによって透過光に位相差を生じさせ試料
上に露光波長よりも短い間隔となる複数のパターンを転
写する際、前記試料上にポジ形のフォトレジストを被着
した後、前記試料上に残す露光波長より短い間隔の少な
くとも一組のレジストパターンに対応する領域に遮光領
域を備えるとともに、その周囲の一部分に形成された光
透過領域のうち、前記遮光領域を挟む光透過領域の一方
に透過光の位相が反転する位相シフタを備える第１のマ
スクと、前記第１のマスクの遮光領域とその周囲の少な
くとも一部分の光透過領域を覆う遮光領域を備える第２
のマスクとの相対位置を合致させた状態で、時間的に連
続して露光処理を行うことを特徴とする露光方法。
【請求項２】請求項１記載の露光方法において、前記
第１のマスクを用いた露光処理時に光の位相差によりポ
ジ形のフォトレジストに形成される不必要なパターン位
置に光を照射する光透過領域が形成されている前記第２
のマスクを用いて露光処理を行うことを特徴とする露光
方法。
【請求項３】マスクの光透過領域の所定位置に設けら
れた位相シフタのエッジ部における透過光の干渉の影を
試料上に露光波長よりも短い間隔となる複数のパターン
を転写する際、前記試料上にネガ形のフォトレジストを
被着した後、前記試料上に開口する露光波長より短い寸
法のレジストパターンに対応する領域に透過光の位相を
反転させるように位相シフタのエッジ部が直交する領域
を備える第１のマスクと、前記位相シフタのエッジ部の
直交領域における一部を覆う遮光領域を備える第２のマ
スクとの相対位置を合致させた状態で、時間的に連続し
て露光処理を行うことを特徴とする露光方法。
【請求項４】マスクの光透過領域の所定位置に設けら
れた位相シフタのエッジ部における透過光の干渉の影を
試料上に露光波長よりも短い間隔となる複数のパターン
を転写する際、前記試料上にネガ形のフォトレジストを
被着した後、前記試料上に開口する露光波長より短い寸
法のレジストパターンに対応する領域にそのレジストパ
ターンの対角線上にエッジ部が配置されるように透過光
の位相を反転させる位相シフタを設けた第１のマスク
と、前記レジストパターンに対応する領域に前記レジス
トパターンの他の対角線上にエッジ部が配置されるよう
に透過光の位相を反転させる位相シフタを設けた第２の
マスクとの相対位置を合致させた状態で、時間的に連続
して露光処理を行うことを特徴とする露光方法。
【請求項５】請求項１〜４のいずれか一項に記載の露
光方法において、前記マスクへの照射光領域を設定し、
それに応じて前記マスクを移動し転写領域をシフトさせ
て前記マスク上の所定のパターンの透過光を前記試料上
に転写する工程を有することを特徴とする露光方法。
【請求項６】請求項１または２記載の露光方法を用い
た半導体集積回路装置の製造方法であって、前記試料が
半導体ウエハであり、前記複数のパターンが配線パター
ンであることを特徴とする半導体集積回路装置の製造方
法。
【請求項７】請求項６記載の半導体集積回路装置の製
造方法において、前記半導体ウエハ上に転写される所定
の半導体集積回路パターンの寸法と間隔との両方が露光
波長以上となる工程においては、前記所定の半導体集積
回路パターンを透過光に位相差を生じさせない通常のマ
スクを用いて前記半導体ウエハ上に被着されたポジ形の
フォトレジストに転写することを特徴とする半導体集積
回路装置の製造方法。
【請求項８】請求項３または４記載の露光方法を用い
た半導体集積回路装置の製造方法であって、前記試料が
半導体ウエハであり、前記複数のパターンが接続孔パタ
ーンであることを特徴とする半導体集積回路装置の製造
方法。
【請求項９】請求項８記載の半導体集積回路装置の製
造方法において、前記半導体ウエハ上に転写される所定
の半導体集積回路パターンの寸法と間隔との両方が露光
波長以上となる工程においては、前記所定の半導体集積
回路パターンを透過光に位相差を生じさせない通常のマ
スクを用いて前記半導体ウエハ上に被着されたネガ形の
フォトレジストに転写することを特徴とする半導体集積
回路装置の製造方法。