(57)【要約】【課題】デュアルダマシン配線の配線溝形成時において、接続孔内のレジストを感光させてレジストを完全に除去することで配線形成不良を防止する。【解決手段】第３の絶縁膜１７上と第３の絶縁膜１７に形成された接続孔１５の内部にレジスト膜２１を形成する。そして、接続孔１５の内部のレジスト膜２１ｂに焦点を合わせて露光する。このとき、第３の絶縁膜１７上のレジスト膜２１ａを感光させないように３光束照明にて行う。次に、レジストパターン２１ｃを形成するためにレジスト膜２１ａを２光束照明にて露光を行う。その後、現像にて感光したレジスト膜２１を除去する。これにより、接続孔の内部にレジスト残りを発生させること無く配線を形成することができる。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
絶縁膜上と前記絶縁膜に形成された接続孔の内部にレジスト膜を形成する工程（ａ）と、
前記接続孔の内部のレジスト膜に焦点を合わせて露光する工程（ｂ）と、
前記絶縁膜上のレジスト膜に焦点を合わせて配線溝パターンを露光する工程（ｃ）と、
前記工程（ｂ）と前記工程（ｃ）の後に前記接続孔の内部と前記絶縁膜上の露光されたレジスト膜を現像により除去する工程（ｄ）とを有することを特徴とするレジストパターン形成方法。
【請求項２】
前記工程（ｂ）の露光方法が垂直入射３光束照明であり、かつ、前記工程（ｃ）の露光方法が斜入射２光束照明であることを特徴とする請求項１記載のレジストパターン形成方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、優れた電気特性を有するメタル配線を安定して形成できるデュアルダマシン法による配線パターン形成方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
半導体集積回路の配線形成において、絶縁膜に配線溝を形成して導電性材料を埋め込むダマシン配線構造が実用化されている。その中でも接続孔を先に形成した層間絶縁膜に配線溝を形成し、接続孔および配線溝を導電性材料の１回の堆積で埋めてしまう、いわゆるデュアルダマシン法は、工程数の削減に非常に有効である。しかしデュアルダマシンによる配線形成にはいくつか課題がある。図５の左側に示すように、絶縁膜１１７に、下層の配線１１８に接続するように形成された接続孔１１６とその上に形成されたレジスト膜１１９である。このレジスト膜１１９に配線溝パターン１１５を露光により形成する時に接続孔１１６の側壁にフェンスと呼ばれるエッチング残りが発生することが問題となっている。このフェンスは接続孔１１６内に入りこんだレジストがエッチングマスクとなることから発生する。ここで接続孔１１６内のレジストを除去する方法として、パターン露光時の焦点深度を拡大することで接続孔１１６内のレジストを感光させて除去する方法が考えられる。例えば特許文献２に示されている方法によると、露光中に焦点面を光軸方向に移動させることで焦点深度を拡大させることが述べられている。また同様の方法として焦点面を光軸方向に移動させて複数回の露光を行う方法も知られている。
【０００３】
しかしながら、従来の方法には次のような課題がある。
【０００４】
それは第１の露光工程による露光エネルギーが第２の露光工程によるパターン面に重なり合うことで配線溝パターンの像が劣化することである。図５を用いて説明する。図５の左側にデュアルダマシン配線の断面構造の模式図を、図５の右側にこの断面図と位置を対応させた第１の露光エネルギー分布と第２の露光エネルギー分布、およびその合成された露光エネルギー分布と光軸と垂直方向の位置との関係を示したものである。第１の露光エネルギー分布１０１をＥ’１（ｚ）、第２の露光エネルギー分布１０２をＥ’２（ｚ）、そしてその合成された露光エネルギー１０３をＥ’１＋２（ｚ）とする。第１の露光時の焦点位置１０６をｆ’１、第２の露光時の焦点位置１０５をｆ’２、レジスト底部にあたるｚ座標位置１１０をＺｒｂとする。Ｚｒｂより上部のレジストが存在する位置で第１の露光エネルギー１０１はＥ’１（ｚ）の分布となる。ここでＥ’１（ｚ）は同ｚ座標のＥ’２（ｚ）のエネルギー分布と比較し無視できない程度の大きさとなっている。これは第１の露光が２光束露光により焦点深度が深くなっているためである。すなわち第１の露光工程によるデフォーカスした像が第２の露光工程で形成する配線溝パターンへ重ね合わさることでコントラスト低下が起こり、配線溝パターン形状の劣化を引き起こすことを表している。
【０００５】
このため従来の方法で配線溝パターンを良好に形成させて、かつ接続孔内のレジストを感光させることは困難である。
【０００６】
【特許文献１】
特開２０００−２５２１９９号公報
【特許文献２】
特開昭５８−１７４４６号公報
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
上述したように、従来の配線パターン形成方法によると、接続孔内レジストを感光するために２回露光を用いていたが、配線溝の像劣化を招くといった問題があった。
【０００８】
本発明は、上記従来の問題点を解決するもので、配線溝の像劣化を防ぎ、かつ、接続孔内レジストを除去することで、デュアルダマシン法におけるエッチング残さによる配線の高抵抗化又は断線を防止するレジストパターン形成方法を提供する。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
前記従来の課題を解決するために、本発明のレジストパターン形成方法は、絶縁膜上と前記絶縁膜に形成された接続孔の内部にレジスト膜を形成する工程（ａ）と、前記接続孔の内部のレジスト膜に焦点を合わせて露光する工程（ｂ）と、前記絶縁膜上のレジスト膜に焦点を合わせて配線溝パターンを露光する工程（ｃ）と、前記工程（ｂ）と前記工程（ｃ）の後に前記接続孔の内部と前記絶縁膜上の露光されたレジスト膜を現像により除去する工程（ｄ）とを有する。
【００１０】
本構成によれば、配線溝の露光時に接続孔内のレジストを完全に除去できる。そして、エッチング残さによる配線の遮断をなくすことができ、配線の高抵抗化や断線を防ぐことができる。
【００１１】
また、前記工程（ｂ）の露光方法が垂直入射３光束照明であり、かつ、前記工程（ｃ）の露光方法が斜入射２光束照明であることを特徴とする。
【００１２】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態について、図面を参照しながら説明する。
【００１３】
（実施の形態）
図１〜図４を参照しながら、本発明の実施の形態について説明する。
【００１４】
図１、図２は、本発明の実施の形態のレジストパターン形成方法の製造工程を示す断面図である。図３は、本発明の実施の形態における照明絞りの模式図である。図４は、本発明の実施の形態の露光エネルギー分布を示す図である。
【００１５】
まず、図１（ａ）に示すように、基板１１上に、第１の絶縁膜１２を形成し、この第１の絶縁膜１２に第１の配線溝１３を形成する。そして、この配線溝１３の内側に第１のバリア層１４ａと銅からなる第１の導電膜１４ｂを形成し、これらの平坦化を行い第１の配線１４を形成する。続いて、第１の絶縁膜１２及び第１の配線１４上に、保護膜としてのシリコン窒化膜等からなる第２の絶縁膜１６を堆積し、さらにその上にシリコン酸化膜等からなる第３の絶縁膜１７を堆積する。
【００１６】
次に、図１（ｂ）に示すように、第３の絶縁膜１７に接続孔１５を形成する。
【００１７】
次に、図１（ｃ）に示すように、第３の絶縁膜１７上に、ポジ型のレジスト膜２１を形成する。このとき、レジスト膜２１は接続孔１５の内部にも満たされる。ここで、第３の絶縁膜１７上のレジスト膜２１をレジスト膜２１ａとし、接続孔１５の内部のレジスト膜２１をレジスト膜２１ｂとする。このレジスト膜２１ａにパターンを形成するために第１の露光を行う。この第１の露光工程では、レンズ開口数ＮＡを０．６より大きく１未満にするように投影レンズ瞳絞り２８を稼動し、コヒーレンスファクターσ＝０．７５の円状照明系絞り３０を設定する。ここでσは０．５〜０．９の範囲にすることが望ましい。これはσが小さくなりすぎると焦点深度が深くなるためである。円状照明系絞り３０は図３（ａ）のように円形の透過部３２を有する絞りである。次に図１（ｃ）に示すように垂直方向から入射した垂直入射光２０が、遮光膜１８ａを有するレチクル１８を透過する際に回折が起こり、第１の露光時の０次回折光２０ａと第１の露光時の＋１次回折光２０ｂと第１の露光時の−１次回折光２０ｃを少なくとも含む３光束回折光となる。この３光束回折光が投影レンズ１９により収束され接続孔１５内に埋め込まれたレジスト膜２１ｂを感光させる。ここで光を収束させる第１の露光工程の焦点３１を接続孔１５に合わせる。望ましくは接続孔１５の中央に合わせる。
【００１８】
次に、図２（ｄ）に示すように、第１の露光工程が終了するとすぐに第２の露光工程を行う。まず、レンズ開口数ＮＡを０．６以上０．８以下にするように投影レンズ瞳絞り２８を稼動し、コヒーレンスファクターσが外側σ＝０．７５／内側σ＝０．３７５の輪帯状照明系絞り２７を設定する。このときのσ値の比は１／２〜２／３がパターン形成に適しており望ましい。また、第１の露光工程における焦点深度を浅くするために、第１の露光工程のＮＡをＮＡ１、第２の露光工程のＮＡをＮＡ２としたときに、ＮＡ１＞ＮＡ２となるように設定する。また、斜入射光２２を発生させる照明系絞り形状は図３（ｂ）に示すような真円形の透過部３２の中央に、これよりも直径の小さい真円形の遮光部３３を有した輪帯状照明系絞りでも良いし、四つの透過部に分割された四眼状照明系絞りにしてもよい。次に、輪帯状照明系絞り２７を透過した斜入射光２２が遮光膜１８ａを有する第１の露光工程で用いたのと同一のレチクル１８を透過する際に回折が起こり、第２の露光工程の０次回折光２２ａと−１次回折光２２ｂと＋１次回折光２２ｃとなる。このうち第２の露光工程の０次回折光２２ａと−１次回折光２２ｂが投影レンズ１９により収束されレジスト膜２１ａを感光させる。なお、第２の露光時の＋１次回折光２２ｃは投影レンズ１９の外に進むため像を結ばない。ここで光を収束させる第２の露光時の焦点２９をレジスト膜２１ａの底部から表面部の間に設定する。
【００１９】
次に、図２（ｅ）に示すように、レジスト膜２１を現像することにより、第１の露光工程及び第２の露光工程で感光させたレジスト膜２１を除去し、レジストパターン２１ｃを形成する。
【００２０】
このように、実施の形態によると、レジストパターン２１ｃを形成するときに、第１の露光工程では、焦点深度を浅くすることができる３光束照明、第２の露光工程では、焦点深度を深くコントラストの良い露光が可能な２光束照明を行う。
【００２１】
これにより、接続孔１５の内部のレジスト膜２１ｂを第１の露光工程で感光させるとき、第３の絶縁膜１７上のレジスト膜２１ａを感光させることなく行うことができる。
【００２２】
次に、図４を用いて露光時のエネルギー分布について説明する。図４には、左側に本発明の断面構造（図２（ｄ）の下側断面図と同じであるので図の説明は省略する。）を、右側に左側の断面図と深さ方向を対応させた第１の露光工程と第２の露光工程での露光エネルギー、およびその合成された露光エネルギーの分布を示したものである。第１の露光エネルギー分布５１をＥ１（ｚ）、第２の露光エネルギー分布５２をＥ２（ｚ）、そしてその合成された露光エネルギー５３をＥ１＋２（ｚ）で示している。ｆ１が第１の露光工程での焦点位置５４、ｆ２が第２の露光工程での焦点位置５５、Ｚｒｂがレジスト膜２１と第３の絶縁膜１７の界面にあたるｚ座標位置５６である。Ｚｒｂより上部のレジストが存在する位置で第１の露光エネルギー分布５１はＥ１（Ｚｒ）の分布となる。ここでＥ１（Ｚｒ）は同ｚ座標のＥ２（ｚ）のエネルギー分布と比較して、はるかに小さくなっていることがわかる。これは第１の露光が３光束露光により焦点深度が浅くなっているためである。すなわち第１の露光による第２の露光パターンへのコントラスト低下がほとんどなく、パターン形状の劣化がないことを表している。
【００２３】
このように本発明を用いることで接続孔１５内のレジストは現像により除去される。従って、第２のメタル配線の内部に、第２のトレンチパターン形成用レジストのエッチング残さによる配線の遮断が生じなくなるため、メタル配線の高抵抗化又は断線を防ぐことができる。その結果、電気特性に優れると共に信頼性が向上した、デュアルダマシン法によるメタル配線を形成できるようになる。
【００２４】
実施の形態１では接続孔１５内レジストを感光させる第１の露光工程と、レジストパターン２１ｃの露光を行う第２の露光工程の順序を逆にしてもよいが、本発明の順序だとパターン露光後からＰＥＢまで短時間で処理を行うことができ寸法精度が良くなるので本順序が望ましい。
【００２５】
【発明の効果】
以上に説明したように、本発明によれば、デュアルダマシン配線形成において、第１の露光工程において３光束照明を用いることで焦点深度を浅くでき、第２の露光工程の配線溝の像劣化を起こすことなく接続孔内のレジスト膜を感光させることができる。これにより、配線溝の露光時に接続孔内のレジストを完全に除去できるため、エッチング残さによる配線の遮断が生じなくなるため、配線の高抵抗化又は断線を防ぐことができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】（ａ）〜（ｃ）は本発明の実施の形態による配線構造形成方法を示す工程順の構成断面図
【図２】（ｄ）（ｅ）は本発明の実施の形態による配線構造形成方法を示す工程順の構成断面図
【図３】（ａ）（ｂ）は本発明の実施の形態による通常絞りと輪帯絞りの模式図
【図４】本発明の実施の形態の露光エネルギー分布を示す図
【図５】従来の発明の露光エネルギー分布を示す図
【符号の説明】
１１  基板
１２  第１の絶縁膜
１３  第１の配線溝
１４  第１の配線
１４ａ  第１のバリア層
１４ｂ  第１の導電膜
１５  接続孔
１６  第２の絶縁膜
１７  第３の絶縁膜
１８  レチクル
１９  投影レンズ
２０  垂直入射光
２０ａ  ０次回折光
２０ｂ  ＋１次回折光
２０ｃ  −１次回折光
２１  レジスト膜
２１ａ  レジスト膜
２１ｂ  レジスト膜
２２  斜入射光
２２ａ  ０次回折光
２２ｂ  −１次回折光
２２ｃ  ＋１次回折光
２７  輪帯状照明系絞り
２８  投影レンズ瞳絞り
３０  円状照明系絞り
３１  焦点
３２  透過部
３３  遮光部
５１  第１の露光エネルギー分布
５２  第２の露光エネルギー分布
５３  合成された露光エネルギー
５４  焦点位置
５５  焦点位置
５６  ｚ座標位置
１０１  第１の露光エネルギー分布
１０２  第２の露光エネルギー分布
１０３  露光エネルギー
１０５  焦点位置
１０６  焦点位置
１１０  ｚ座標位置
１１５  配線溝パターン
１１６  接続孔
１１７  絶縁膜
１１８  配線
１１９  レジスト膜
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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