(57)【要約】【課題】解像度と焦点深度とを同時に満たし、露光波長の（１／２）未満の最小サイズを持つレジストパターンを形成し得る方法を提供する。【解決手段】光学的窓１１，１２及び孤立遮光体１４２を有するマスク１を通して感光性レジスト２を露光し、現像して孤立レジストパターン２２を形成する際、孤立遮光体１４２のマスク幅Ｗ１０を、露光波長λの８０〜９７％にする。露光はＫｒＦエキシマレーザを用いて行うことが好ましい。マスク１は、バイナリーマスクまたは位相シフトマスクの何れを用いてもよい。露光装置は、対物レンズの開口数ＮＡが、０．６〜０．７の範囲にあることが好ましい。【選択図】　　　図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
光学的窓と、孤立遮光体とを有するマスクを用いて感光性レジスト層を露光し、現像して孤立レジストパターンを形成する方法であって、前記遮光体のマスク幅を、露光波長の８０〜９７％にするレジストパターン形成方法。
【請求項２】
請求項１に記載されたレジストパターン形成方法であって、前記露光はＫｒＦエキシマレーザを用いて行うレジストパターン形成方法。
【請求項３】
請求項１または２に記載されたレジストパターン形成方法であって、前記マスクは、バイナリーマスクまたは位相シフトマスクであるレジストパターン形成方法。
【請求項４】
請求項１乃至３の何れかに記載されたレジストパターン形成方法であって、前記露光のための露光装置は、対物レンズの開口数ＮＡが、０．６〜０．７の範囲にある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、レジストパターン形成方法に関し、更に詳しくは、光学的窓と、遮光体とを有するマスクを用いて感光性レジスト層を露光し、現像して、孤立レジストパターンを形成する方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
半導体集積回路、薄膜磁気ヘッドまたは各種マイクロデバイスの製造プロセスにおいて、微細パターンを形成する手段として、フォトリソグラフィ技術が採用される。フォトリソグラフィ工程においては、露光装置を用いて、マスクのパターンを感光性レジスト層に転写し、転写後の感光性レジスト層を現像して、所望のレジストパターンを形成する。
【０００３】
感光性レジスト層の露光に当たっては、マスクに備えられるべきパターン幅を、得ようとするレジストパターンの幅とほぼ同じ寸法に設定し、マスクのパターン幅に近い露光波長を持つレーザ光などで露光する。
【０００４】
ところで、半導体集積回路、薄膜磁気ヘッドまたは各種マイクロデバイス等においては、高機能化などの要求に応えるため、機能部分のサイズを超微細化しなければならない。機能部分のサイズは、フォトリソグラフィ工程によって形成されるレジストパターンの最小サイズによって決まるから、レジストパターンを微細化しなければならない。レジストパターンの微細化は、一般には、露光波長の短い光源を用ること、および、解像度が高く、かつ、焦点深度の深い露光光学系を構成することによって実現される。
【０００５】
ところが、露光波長は、光源の性能によって定まるものであり、当然に限界がある。一方、解像度と焦点深度とは、相反する関係にあり、両者を同時に満たすことができない。これらの技術的困難性のために、従来の一般的技術の適用によって得られるレジストパターンの最小サイズは、結局は、露光波長によって、その限界値が定まり、レジストパターンの更なるサイズの縮小、及び、それによる機能部分の微細化に限界を生じていた。
【０００６】
特許文献１には、露光波長よりも小さい最小サイズを持つレジストパターンを形成する技術が開示されている。この文献の記載によれば、露光量等を調節することによって形成された微細な残しパターンを、抜きパターンに反転することにより、露光波長以下の抜きパターンが形成できる（例えば、段落００３０）とされている。
【０００７】
しかし、残しパターンの最小サイズ（幅）は、露光波長の約（１／３）程度が限度である（例えば段落００２９）とされている。しかも、この特許文献１には、微細化パターンを得るための他の条件であるマスク幅と解像度との関係については、全く開示がない。
【０００８】
【特許文献１】
特開２０００−６８２４８号公報
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
本発明の課題は、解像度と焦点深度とを同時に満たし、露光波長の（１／２）未満の最小サイズを持つ孤立レジストパターンを形成し得る方法を提供することである。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
上述した課題解決のため、本発明に係るレジストパターン形成方法は、光学的窓と、遮光体とを有するマスクを用いて感光性レジスト層を露光し、現像して孤立レジストパターンを形成する方法であって、前記遮光体によるマスク幅を、露光波長の８０〜９７％にする。
【００１１】
上記方法によれば、解像度と焦点深度とを同時に満たし、露光波長の（１／２）未満の最小サイズを持つレジストパターンを形成し得ることが確認された。
【００１２】
マスクとしては、バイナリーマスクまたは位相シフトマスクのいずれのタイプを用いてもよい。このとき、露光装置の対物レンズの開口数ＮＡを、０．６〜０．７の範囲に設定すれば、何れのタイプのマスクを用いた場合でも、要求される解像度及び焦点深度を、同時に、確実に満たすことができる。本発明の他の目的、構成及び利点については、実施例である添付図面を参照して、更に詳しく説明する。
【００１３】
【発明の実施の形態】
１．バイナリーマスクを用いたレジストパターン形成方法
図１はバイナリーマスクを用いたレジストパターン形成方法を示す図である。説明の都合上、異なるプロセスを、同一図面上に示してある。まず、図１（Ａ）は露光プロセスを示す。この露光プロセスでは、マスク１の光学的窓１１、１２を通して感光性レジスト層２を露光する。露光用の光としては、紫外線、エキシマレーザ光などを用いることができる。そのうちでも、特に、ＫｒＦエキシマレーザが装置コスト、実用性などの面から有効である。ＫｒＦエキシマレーザの波長は、２４８ｎｍである。
【００１４】
マスク１はバイナリーマスクであり、ＳｉＯ２等の光学的に透明な材料でなる基体１３の一面に、光学的に不透明な膜による遮光体１４１〜１４３を有する。遮光体１４１〜１４３は、代表的には、クロム膜によって構成される。遮光体１４１〜１４３のうち、図示上、中間に位置する遮光体１４２は、目的の孤立レジストパターンを形成するために備えらたもので、その意味で、孤立遮光体と称することとする。孤立遮光体１４２はマスク幅Ｗ１０を有する。マスク幅Ｗ１０は、孤立遮光体１４２が基体１３の上で占める幅のうち、最小の幅である。マスク幅Ｗ１０は、マスク１の上で見た実際の寸法のみを指すものではない。ステッパ−、スキャナーなどの縮小投影装置の場合は、マスク幅Ｗ１０とは、マスク１上で見た実際の寸法ではなく、感光性レジスト層の表面に投影されたときの投影寸法を指す。孤立遮光体１４２の両側には、光学的窓１１，１２が存在する。光学的窓１１、１２の幅Ｗ１１、Ｗ１２は、遮光体１４１〜１４３の相互間に形成される間隔によって画定されている。
【００１５】
孤立遮光体１４２のマスク幅Ｗ１０は、露光波長λの８０〜９７％にする。露光光源として、ＫｒＦエキシマレーザを用いた場合、ＫｒＦエキシマレーザの波長λは２４８ｎｍであるから、マスク幅Ｗ１０は、１９８．４ｎｍ〜２４０．５６ｎｍの範囲になる。
【００１６】
図１（Ｂ）は、遮光体１４１〜１４３のあるマスク１の裏面上で見たレーザ光強度を示し、図１（Ｃ）は感光性レジスト層２の表面で見たレーザ光強度を示している。遮光体１４１〜１４３のあるマスク１の一面上で見たレーザ光強度は光学的窓１１、１２の端縁で立ち上がる矩形波状特性を示すが、感光性レジスト層２の表面では、光の回折や干渉などの影響を受け、光学的窓１１、１２の中間部にピークを持つ２つの強度曲線Ｌ１１、Ｌ１２となる。強度曲線Ｌ１１及び強度曲線Ｌ１２は、感光性レジスト層２の表面のうち、孤立遮光体１４２と向き合う領域で重なるので、この領域では、強度曲線Ｌ１１と、強度曲線Ｌ１２とに対して、なだらかに連なる強度曲線Ｌ１３が生じる。
【００１７】
感光性レジスト層２は図１（Ｃ）に示した強度分布を有するレーザ光によって露光され、これによって、遮光体１４１〜１４３によるパターンが感光性レジスト層２に転写される。
【００１８】
感光性レジスト層２は、ポジタイプであり、これまで知られており、または、これから提案されることのある感光レジスト材料を、広く用いることができる。代表的には、ポリヒドロキシスチレン樹脂を主成分とした樹脂と、酸発生剤と、有機溶剤などとを混合した化学増幅型レジストが用いられる。
【００１９】
感光性レジスト層２は、被パターン化膜３の上に付着されている。被パターン化膜３は各種の金属膜、無機絶縁膜またはこれらの積層膜によって構成され、ウエハなどを構成する支持体４によって支持されている。
【００２０】
図１（Ａ）に示した露光プロセスを経た後、周知のプロセスにしたがって現像処理が行われる。図１（Ｄ）は現像処理後の状態を示している。図示するように、孤立遮光体１４２に対応して生じた強度曲線Ｌ１３によって露光を受けた部分に、レジスト幅Ｗ２１を持つ目的の孤立レジストパターン２２が生じ、その両側に間隔を隔てて、遮光体１４１、１４３に対応したレジストパターン２１、２３が生じる。
【００２１】
この後、レジストパターン２１、２３を除去し、次に、図２（Ａ）に示すように、孤立レジストパターン２２をマスクにして、ミリング、リアクティブ．イオン．エッチングなどのドライエッチングを適用し、図２（Ｂ）に示すように、孤立レジストパターン２２によって定まるパターンとなるように、被パターニング膜３１をパターンニングする。この後、図２（Ｃ）に示すように、孤立レジストパターン２２を、溶剤によって除去する。
【００２２】
ここで、孤立遮光体１４２のマスク幅Ｗ１０は、露光波長λの８０〜９７％にする。露光光源として、ＫｒＦエキシマレーザ（λ＝２４８ｎｍ）を用いた場合、マスク幅Ｗ１０は、前述したように、１９８．４ｎｍ〜２４０．５６ｎｍの範囲になる。この構成によれば、解像度と焦点深度とを同時に満たし、露光波長の（１／２）未満の最小サイズを持つ孤立レジストパターン２２（図１（Ｄ）参照）を形成し得る。次にこの点について、実施例を参照して説明する。実施例の説明に当たっては、図１及び図２を参照する。
【００２３】
実施例１
露光光源として、ＫｒＦエキシマレーザ（λ＝２４８ｎｍ）を用いた。露光装置として、ニコン社製ＮＳＲ−ＴＦＨＥＸ１４Ｄを用いた。この装置の特性は、開口数ＮＡ＝０．６５、σ＝２／３輪帯である。マスク１としては、バイナリーマスク（図１（Ａ）参照）を用いた。
【００２４】
一方、被パターニング側では、直径３インチのシリコン基板４上に、被パターニング膜となるＴａ膜３を３０ｎｍの膜厚となるように成膜し、Ｔａ膜３の表面に感光性レジスト層２を塗布した。感光性レジスト層２は、東京応化工業（株）社製のＤＰ−５１０７ＥＬを用い、これを、０．２５μｍの膜厚となるように、スピンコートすることによって形成した。感光性レジスト層２は、１１０℃、９０秒間のプリベーク処理を行った後に露光される。
【００２５】
露光後の現像プロセスでは、現像前に、予め、１２０℃の温度で６０秒間加熱した。その後、２．３８％テトラメチルアンモニウムハイドロオキサイド（ＴＭＡＨ）の水溶液を用い、６０秒１パドルで、現像処理を行った。
【００２６】
上記の露光及び現像の処理を、遮光体１４２のマスク幅Ｗ１０の大きさを変えて実行し、実際に得られるレジストパターン２２の幅Ｗ２１を測定し、焦点深度（ＤＯＦ）を求めた。焦点深度（ＤＯＦ）は、レジスト幅Ｗ２１が、目標値から±１０％の範囲内に入る焦点のずれ幅（ｎｍ）である。表１に実験データを示す。表１において、×印は目標値から±１０％の範囲内に入るレジスト幅を持つレジストパターンができなかったことを示している。
【００２７】
2004146409.tif 000003
【００２８】
表１に示すように、λ＝２４８ｎｍのＫｒＦエキシマレーザを用いて露光した場合、マスク幅Ｗ１０＝２００ｎｍでは、目標値８０ｎｍのレジスト幅Ｗ２１を得るのに２５０ｎｍのＤＯＦ、目標値１００ｎｍのレジスト幅Ｗ２１を得るのに４００ｎｍのＤＯＦ、及び、目標値１２０ｎｍのレジスト幅Ｗ２１を得るのに４００ｎｍのＤＯＦを、それぞれ確保ことができる。
【００２９】
マスク幅Ｗ１０＝２２０ｎｍでは、目標値８０ｎｍのレジスト幅Ｗ２１を得るのに３００ｎｍのＤＯＦ、目標値１００ｎｍのレジスト幅Ｗ２１を得るのに４００ｎｍのＤＯＦ、及び、目標値１２０ｎｍのレジスト幅Ｗ２１を得るのに５００ｎｍのＤＯＦを、それぞれ確保することができる。
【００３０】
マスク幅Ｗ１０＝２４０ｎｍでは、目標値８０ｎｍのレジスト幅Ｗ２１を得るのに３００ｎｍのＤＯＦ、目標値１００ｎｍのレジスト幅Ｗ２１を得るのに４５０ｎｍのＤＯＦ、及び、目標値１２０ｎｍのレジスト幅Ｗ２１を得るのに５５０ｎｍのＤＯＦを、それぞれ確保することができる。
【００３１】
マスク幅Ｗ１０＝２６０ｎｍでは、目標値１２０ｎｍのレジスト幅Ｗ２１を得るのに２５０ｎｍのＤＯＦを確保することができる。
【００３２】
上記実験結果から明らかなように、遮光体１４２のマスク幅Ｗ１０を、露光波長λの８０〜９７％にすることにより、２５０〜５５０ｎｍの広いＤＯＦの範囲で、ＫｒＦエキシマレーザの波長λ＝２４８ｎｍの（１／２）未満のレジスト幅Ｗ２１が得られる。
【００３３】
実施例２
露光光源として、ＫｒＦエキシマレーザ（λ＝２４８ｎｍ）を用いた。露光装置として、ニコン社製ＮＳＲ−ＴＦＨＥＸ１４Ｄを用いた。この装置は、開口数ＮＡ＝０．６５、σ＝２／３輪帯である。マスクとしては、バイナリーマスク（図１（Ａ）参照）を用いた。
【００３４】
一方、被パターニング側では、直径３インチのシリコン基板４上に、被パターニング膜となるＴａ膜３を３０ｎｍの膜厚となるように成膜し、Ｔａ膜３の表面に感光性レジスト層２を塗布した。感光性レジスト層２は、東京応化工業（株）社製のＤＰ−５１０７ＥＬを用い、これを、０．４５μｍの膜厚となるように、スピンコートすることによって形成した。感光性レジスト層２は、１１０℃、９０秒間のプリベーク処理を行い、その後に露光した。
【００３５】
露光後の現像プロセスでは、現像前に、予め、１２０℃の温度で６０秒間加熱した。この後、２．３８％テトラメチルアンモニウムハイドロオキサイド（ＴＭＡＨ）の水溶液を用い、６０秒１パドルで、現像処理を行った。
【００３６】
上記の露光及び現像の処理を遮光体１４２のマスク幅Ｗ１０の大きさを変えてを実行し、実際に得られるレジストパターン２２の幅Ｗ２１を測定し、ＤＯＦを算出した。結果を表２に示す。
【００３７】
2004146409.tif 000004
【００３８】
表２に示すように、λ＝２４８ｎｍのＫｒＦエキシマレーザを用いて露光した場合、マスク幅Ｗ１０＝２００ｎｍでは、目標値１００ｎｍのレジスト幅Ｗ２１の得るのに２００ｎｍのＤＯＦ、及び、目標値１２０ｎｍのレジスト幅Ｗ２１を得るのに３５０ｎｍのＤＯＦを、それぞれ確保することができる。
【００３９】
マスク幅Ｗ１０＝２２０ｎｍでは、目標値１００ｎｍのレジスト幅Ｗ２１を得るのに２００ｎｍのＤＯＦ、及び、目標値１２０ｎｍのレジスト幅Ｗ２１を得るのに３５０ｎｍのＤＯＦを、それぞれ確保することができる。
【００４０】
マスク幅Ｗ１０＝２４０ｎｍでは、目標値１００ｎｍのレジスト幅Ｗ２１を得るのに２５０ｎｍのＤＯＦ、及び、目標値１２０ｎｍのレジスト幅Ｗ２１を得るのに３５０ｎｍのＤＯＦを、それぞれ確保することができる。
【００４１】
上記実験結果から明らかなように、遮光体１４２のマスク幅Ｗ１０を、露光波長λの８０〜９７％にすることにより、ＫｒＦエキシマレーザの波長λ＝２４８ｎｍの（１／２）未満であるレジスト幅Ｗ２１を、２００〜３５０ｎｍの広いＤＯＦを確保することができる。
【００４２】
２．ハーフトーン型位相シフトマスクを用いたレジストパターン形成方法
図３はハーフトーン型位相シフトマスクを用いたレジストパターン形成方法を示す図である。説明の都合上、異なるプロセスを、同一図面上に示してある。図において、図１（Ａ）〜（Ｄ）に現れた構成部分と同一の構成部分には同一の参照符号を付してある。
【００４３】
まず、図３（Ａ）は露光プロセスを示す。この露光プロセスでは、マスク１の光学的窓１１、１２を通して感光性レジスト層２を露光する。露光用の光としては、紫外線、エキシマレーザ光などを用いることができこと、及び、そのうちでも、特にＫｒＦエキシマレーザが有効であることは、既に述べたとおりである。
【００４４】
マスク１はハーフトーン型位相シフトマスクであり、ＳｉＯ２等の光学的透明な材料でなる基体１３の一面に、ハーフトーンの遮光体１４１〜１４３とを有する。光学的窓１１の幅Ｗ１１、Ｗ１２は、遮光体１４１〜１４３の相互間に形成される間隔によって画定されている。
【００４５】
ハーフトーンの遮光体１４２の持つマスク幅Ｗ１０は、露光波長λの８０〜９７％にする。ＫｒＦエキシマレーザの波長λは２４８ｎｍであるから、マスク幅Ｗ１０は、１９８．４ｎｍ〜２４０．５６ｎｍの範囲になる。
【００４６】
図３（Ｂ）は、遮光体１４１〜１４３のあるマスク１の裏面上で見たレーザ光強度を示し、図３（Ｃ）は感光性レジスト層２の表面で見たレーザ光強度を示している。遮光体１４１〜１４３のあるマスク１の面上で見たレーザ光強度は光学的窓１１、１２の端縁で立ち上がる矩形状特性を示すが、感光性レジスト層２の表面では、光学的窓１１、１２の中間部にピークを持つ２つの強度曲線Ｌ１１、Ｌ１２となる。遮光体１４２と向き合う領域では、強度曲線Ｌ１１、Ｌ１２の両ピークよりも低いピークを持つなだらかな強度曲線Ｌ１３が生じる。
【００４７】
感光性レジスト層２は、図３（Ｃ）に示した強度分布を有するレーザ光によって露光され、これによって、マスク１の遮光体１４１〜１４３によるパターンが感光性レジスト層２に転写される。感光性レジスト層２はポジタイプである。
【００４８】
感光性レジスト層２としては、これまで知られており、または、これから提案されることのある感光レジスト材料を、広く用いることができること、代表的には、ポリヒドロキシスチレン樹脂を主成分とした樹脂と、酸発生剤と、有機溶剤などを混合した化学増幅型レジストが用いられることは、既に述べたとおりである。
【００４９】
感光性レジスト層２は、被パターン化膜３の上に付着されている。被パターン化膜３は各種の金属膜、無機絶縁膜またはこれらの積層膜によって構成され、ウエハなどを構成する支持体４によって支持されている。
【００５０】
図３（Ａ）に示した露光プロセスを経た後、周知のプロセスにしたがって現像処理が行われる。図３（Ｄ）は現像処理後の状態を示している。図示するように、遮光体１４２に対応して生じた強度曲線Ｌ１３によって露光を受けた部分に、レジスト幅Ｗ２１を持つ孤立レジストパターン２２が生じ、その両側に間隔を隔てて、遮光体１４１、１４３に対応したレジストパターン２１、２３が生じる。この後、レジストパターン２１、２３を除去した後、図２（Ａ）〜（Ｃ）に示す工程を実行する。
【００５１】
ここで、孤立遮光体１４２のマスク幅Ｗ１０は、露光波長λの８０〜９７％にする。露光光源として、ＫｒＦエキシマレーザ（λ＝２４８ｎｍ）を用いた場合、マスク幅Ｗ１０は、前述したように、１９８．４ｎｍ〜２４０．５６ｎｍの範囲になる。この構成によれば、解像度と焦点深度とを同時に満たし、露光波長の（１／２）未満の最小サイズを持つ孤立レジストパターン２２（図３（Ｄ）参照）を形成し得る。次にこの点について、実施例を参照して説明する。実施例の説明に当たっては、図３に示した参照符号を使用する。
【００５２】
実施例３
マスクとして、ハーフトーン型位相シフトマスクを用いた以外は、実施例１と同様にして、レジストパターン２２を形成し、ＤＯＦを求めた。遮光体１４１〜１４３（図３（Ａ）参照）の透過率は６％である。表３に実験データを示す。
【００５３】
2004146409.tif 000005
【００５４】
表３に示すように、λ＝２４８ｎｍのＫｒＦエキシマレーザを用いて露光した場合、マスク幅Ｗ１０＝２００ｎｍで、目標値６０ｎｍのレジスト幅Ｗ２１を得るのに２５０ｎｍのＤＯＦ、目標値８０ｎｍのレジスト幅Ｗ２１を得るのに４００ｎｍのＤＯＦ、目標値１００ｎｍのレジスト幅Ｗ２１を得るのに４５０ｎｍのＤＯＦ、及び、目標値１２０ｎｍのレジスト幅Ｗ２１を得るのに６００ｎｍのＤＯＦを、それぞれ確保することができる。
【００５５】
マスク幅Ｗ１０＝２２０ｎｍでは、目標値６０ｎｍのレジスト幅Ｗ２１を得るのに３００ｎｍのＤＯＦ、目標値８０ｎｍのレジスト幅Ｗ２１を得るのに４００ｎｍのＤＯＦ、目標値１００ｎｍのレジスト幅Ｗ２１を得るのに５００ｎｍのＤＯＦ、及び、目標値１２０ｎｍのレジスト幅Ｗ２１を得るのに６５０ｎｍのＤＯＦを、それぞれ確保することができる。
【００５６】
マスク幅Ｗ１０＝２４０ｎｍでは、目標値６０ｎｍのレジスト幅Ｗ２１を得るのに３００ｎｍのＤＯＦ、目標値８０ｎｍのレジスト幅Ｗ２１を得るのに４５０ｎｍのＤＯＦ、目標値１００ｎｍのレジスト幅Ｗ２１を得るのに５００ｎｍのＤＯＦ、及び、目標値１２０ｎｍのレジスト幅Ｗ２１を得るのに７００ｎｍのＤＯＦを、それぞれ確保することができる。
【００５７】
マスク幅Ｗ１０＝２６０ｎｍでは、目標値１２０ｎｍのレジスト幅Ｗ２１を得るのに３００ｎｍのＤＯＦを確保することができる。
【００５８】
上記実験結果から明らかなように、遮光体１４２のマスク幅Ｗ１０を、露光波長λの８０〜９７％にすることにより、露光波長λ＝２４８ｎｍの（１／２）未満のレジスト幅Ｗ２１を、適切なＤＯＦのもとで、実現することができる。
【００５９】
３．レベンソン型位相シフトマスクを用いたレジストパターン形成方法
図４はレベンソン型位相シフトマスクを用いたレジストパターン形成方法を示す図である。図において、図１（Ａ）〜（Ｄ）に現れた構成部分と同一の構成部分には同一の参照符号を付してある。
【００６０】
まず、図４（Ａ）は露光プロセスを示す。この露光プロセスでは、マスク１の光学的窓１１、１２を通して感光性レジスト層２を露光する。露光用の光としては、紫外線、エキシマレーザ光などを用いることができこと、及び、そのうちでも、特にＫｒＦエキシマレーザが有効であることは、既に述べたとおりである。
【００６１】
マスク１はレベンソン型位相シフトマスクであり、ＳｉＯ２等の光学的透明な材料でなる基体１３の一面に、光学的不透明な遮光体１４１〜１４３を有する。光学的窓１１の幅Ｗ１１、Ｗ１２は、遮光体１４１〜１４３の相互間に形成される間隔によって画定されている。光学的窓１２は、遮光体１４１〜１４３を設けた面側において、窪んでおり、これによって、露光用の光に位相シフトを起こさせる。
【００６２】
遮光体１４２のマスク幅Ｗ１０は、露光波長λの８０〜９７％にする。ＫｒＦエキシマレーザの波長λは２４８ｎｍであるから、マスク幅Ｗ１０は、１９８．４ｎｍ〜２４０．５６ｎｍの範囲になる。
【００６３】
図４（Ｂ）は、遮光体１４１〜１４３のあるマスク１の裏面上で見たレーザ光強度を示し、図４（Ｃ）は感光性レジスト層２の表面で見たレーザ光強度を示している。遮光体１４１〜１４３のあるマスク１の裏面上で見たレーザ光強度は、光学的窓１１と、光学的窓１２との間で、位相が逆になる。感光性レジスト層２の表面では、光学的窓１１、１２の中間部にピークを持つ２つの強度曲線Ｌ１１、Ｌ１２となる。孤立遮光体１４２と向き合う領域では、強度がほぼ零の強度曲線Ｌ１３が生じる。
【００６４】
感光性レジスト層２は、図４（Ｃ）に示した強度分布を有するレーザ光によって露光され、これによって、マスク１の遮光体１４１〜１４３によるパターンが感光性レジスト層２に転写される。
【００６５】
感光性レジスト層２は、これまで知られており、または、これから提案されることのある感光レジスト材料を、広く用いることができること、代表的には、ポリヒドロキシスチレン樹脂を主成分とした樹脂と、酸発生剤と、有機溶剤などを混合した化学増幅型レジストが用いられることは、既に述べたとおりである。
【００６６】
感光性レジスト層２は、被パターン化膜３の上に付着されている。被パターン化膜３は各種の金属膜、無機絶縁膜またはこれらの積層膜によって構成され、ウエハなどを構成する支持体４によって支持されている。
【００６７】
図４（Ａ）に示した露光プロセスを経た後、周知のプロセスにしたがって現像処理が行われる。図４（Ｄ）は現像処理後の状態を示している。図示するように、孤立遮光体１４２に対応して生じた強度曲線Ｌ１３によって露光を受けた部分に、レジスト幅Ｗ２１を持つ孤立レジストパターン２２が生じ、その両側に間隔を隔てて、遮光体１４１、１４３に対応したレジストパターン２１、２３が生じる。この後、レジストパターン２１、２３を除去し、図２（Ａ）〜（Ｃ）に示す工程を実行する。
【００６８】
ここで、遮光体１４２のマスク幅Ｗ１０は、露光波長λの８０〜９７％にする。露光光源として、ＫｒＦエキシマレーザ（λ＝２４８ｎｍ）を用いた場合、マスク幅Ｗ１０は、前述したように、１９８．４ｎｍ〜２４０．５６ｎｍの範囲になる。この構成によれば、解像度と焦点深度とを同時に満たし、露光波長の（１／２）未満の最小サイズを持つ孤立レジストパターン２２（図４（Ｄ）参照）を形成し得る。次にこの点について、実施例を参照して説明する。実施例の説明に当たっては、図４を参照する。
【００６９】
実施例４
マスクとしては、レベンソン型位相シフトマスクを用いた以外は、実施例１、３と同様にして、レジストパターン２２を形成し、ＤＯＦを求めた。結果を表４に示す。
【００７０】
2004146409.tif 000006
【００７１】
表４に示すように、λ＝２４８ｎｍのＫｒＦエキシマレーザを用いて露光した場合、マスク幅Ｗ１０＝２００ｎｍでは、目標値６０ｎｍのレジスト幅Ｗ２１を得るのに３００ｎｍのＤＯＦ、目標値８０ｎｍのレジスト幅Ｗ２１を得るのに４００ｎｍのＤＯＦ、目標値１００ｎｍのレジスト幅Ｗ２１を得るのに５００ｎｍのＤＯＦ、及び、目標値１２０ｎｍのレジスト幅Ｗ２１を得るのに６５０ｎｍのＤＯを、それぞれ確保することができる。
【００７２】
マスク幅Ｗ１０＝２２０ｎｍでは、目標値６０ｎｍのレジスト幅Ｗ２１を得るのに３００ｎｍのＤＯＦ、目標値８０ｎｍのレジスト幅Ｗ２１を得るのに４５０ｎｍのＤＯＦ、目標値１００ｎｍのレジスト幅Ｗ２１を得るのに５００ｎｍのＤＯＦ、及び、目標値１２０ｎｍのレジスト幅Ｗ２１を得るのに６５０ｎｍのＤＯＦを、それぞれ得ることができる。
【００７３】
マスク幅Ｗ１０＝２４０ｎｍでは、目標値６０ｎｍのレジスト幅Ｗ２１を得るのに３５０ｎｍのＤＯＦ、目標値８０ｎｍのレジスト幅Ｗ２１を得るのに４５０ｎｍのＤＯＦ、目標値１００ｎｍのレジスト幅Ｗ２１を得るのに５５０ｎｍのＤＯＦ、及び、目標値１２０ｎｍのレジスト幅Ｗ２１を得るのに７５０ｎｍのＤＯＦを、それぞれ確保することができる。
【００７４】
マスク幅Ｗ１０＝２６０ｎｍでは、目標値１２０ｎｍのレジスト幅Ｗ２１を得るのに３５０ｎｍのＤＯＦを確保することができる。
【００７５】
上記実験結果から明らかなように、遮光体１４２のマスク幅Ｗ１０を、露光波長λの８０〜９７％にすることにより、ＫｒＦエキシマレーザの波長λ＝２４８ｎｍの（１／２）未満のレジスト幅Ｗ２１を、適切なＤＯＦを確保した上で、実現することができる。
【００７６】
４．開口数ＮＡについて
露光光学系の対物レンズの開口数ＮＡは、０．６〜０．７の範囲にあることが好ましい。この範囲であれば、バイナリーマスクまたは位相シフトマスクの何れのマスクを用いた場合でも、解像度を高めながら、必要なＤＯＦを確保し、露光波長λの（１／２）未満のレジスト幅Ｗ２１を持つ孤立レジストパターン２２を安定に形成することができる。この点について、表５を参照して説明する。
【００７７】
表５は、バイナリーマスク、ハーフトーン型位相シフトマスク及びレベンソン型位相シフトマスクを用い、マスク幅（例えばＷ１）を１６０〜３００ｎｍの範囲で変えて、幅が１００ｎｍのレジストパターンを形成しようとした場合の、露光光学系の対物レンズの開口数ＮＡと、レジストパターン形成可否との関係を示す。ＤＯＦが４００ｎｍ以上ある場合、レンジパターンができたこととした。上記の条件以外は、実施例１と同様にしてレジストパターン２２を形成し、ＤＯＦを求めた。表中、×印はレジストパターン形成ができなかったことを示し、○印はレジストパターンが形成できたことを示している。いずれのマスクを用いても結果が同じであったので、マスクの別を表示することなく、表５にまとめて示した。
【００７８】
感光性レジストとしては、東京応化工業（株）社製のＤＰ−５１０７ＥＬの他に、信越化学工業（株）社製　ＳＥＰＲシリーズ、住友化学工業（株）社製　ＰＥＫシリーズでも、同様の結果が得られた。
【００７９】
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【００８０】
表５に示すように、開口数ＮＡが０．６〜０．７の範囲にあれば、バイナリーマスク、ハーフトーン型位相シフトマスク及びレベンソン型位相シフトマスクの何れを用いた場合でも、露光波長λの（１／２）未満のレジスト幅を持つレジストパターン２２を、４００ｎｍという広いＤＯＦを確保して、形成することができる。
レジストを東京応化工業（株）社製ＤＰ−５１０７ＥＬの他に、信越化学工業（株）社製ＳＥＰＲシリーズ、住友化学工業（株）社製ＰＥＫシリーズでも上記実施例と同様の結果が得られた。
【００８１】
【発明の効果】
以上述べたように、本発明によれば、解像度と焦点深度とを同時に満たし、露光波長の（１／２）未満の最小サイズを持つレジストパターンを形成し得る方法を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】バイナリーマスクを用いたレジストパターン形成方法を示す図である。
【図２】図１に示した工程の後の工程を示す図である。
【図３】ハーフトーン型位相シフトマスクを用いたレジストパターン形成方法を示す図である。
【図４】レベンソン型位相シフトマスクを用いたレジストパターン形成方法を示す図である。
【符号の説明】
１　　　　　　　　　　　　マスク
１１、１２　　　　　　　　光学的開口部
１３　　　　　　　　　　　マスク基体
１４１〜１４３　　　　　　遮光体
２　　　　　　　　　　　　感光性レジスト層
２１〜２３　　　　　　　　レジストパターン
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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