(57)【要約】【課題】微細なパターンを正確に形成することが可能な露光方法を提供する。【解決手段】実施形態に係る露光方法は、基板上に形成されたフォトレジストと周期的なパターンを有するフォトマスクとをパターンのピッチ及び露光光の波長に応じた第１の距離だけ離して第１の露光を行い、フォトマスクのパターンをフォトレジストの第１の位置に転写する工程（Ｓ１）と、フォトレジストとフォトマスクとをパターンのピッチ及び露光光の波長に応じた第１の距離とは異なる第２の距離だけ離して第２の露光を行い、フォトマスクのパターンをフォトレジストの第１の位置とは異なる第２の位置に転写する工程（Ｓ２）とを備える。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板上に形成されたフォトレジストと周期的なパターンを有するフォトマスクとを前記パターンのピッチ及び露光光の波長に応じた第１の距離だけ離して第１の露光を行い、前記フォトマスクの前記パターンを前記フォトレジストの第１の位置に転写する工程と、
前記フォトレジストと前記フォトマスクとを前記パターンのピッチ及び露光光の波長に応じた前記第１の距離とは異なる第２の距離だけ離して第２の露光を行い、前記フォトマスクの前記パターンを前記フォトレジストの前記第１の位置とは異なる第２の位置に転写する工程と、
を備え、
前記第１の距離と前記第２の距離との差Ｄは、前記フォトマスクの主面に垂直な方向における前記パターンに基づく光強度の繰り返し周期をＺとし、ｍを正の整数として、
Ｄ＝（２ｍ−１）×Ｚ／２
であり、
前記第１の露光及び前記第２の露光は、前記フォトレジストと前記フォトマスクとの間に液体を介在させた状態で行われる
ことを特徴とする露光方法。
【請求項２】
基板上に形成されたフォトレジストと周期的なパターンを有するフォトマスクとを前記パターンのピッチ及び露光光の波長に応じた第１の距離だけ離して第１の露光を行い、前記フォトマスクの前記パターンを前記フォトレジストの第１の位置に転写する工程と、
前記フォトレジストと前記フォトマスクとを前記パターンのピッチ及び露光光の波長に応じた前記第１の距離とは異なる第２の距離だけ離して第２の露光を行い、前記フォトマスクの前記パターンを前記フォトレジストの前記第１の位置とは異なる第２の位置に転写する工程と、
を備えたことを特徴とする露光方法。
【請求項３】
前記第１の距離と前記第２の距離との差Ｄは、前記フォトマスクの主面に垂直な方向における前記パターンに基づく光強度の繰り返し周期をＺとし、ｍを正の整数として、
Ｄ＝（２ｍ−１）×Ｚ／２
であることを特徴とする請求項２に記載の露光方法。
【請求項４】
前記第１の距離と前記第２の距離との差Ｄは、前記ピッチをｐとし、前記露光光の波長をλとし、前記フォトレジストと前記フォトマスクとの間に介在する物質の屈折率をｎとし、ｍを正の整数として、
Ｄ＝（２ｍ−１）×ｎ×ｐ2／λ
であることを特徴とする請求項２に記載の露光方法。
【請求項５】
前記第１の露光及び前記第２の露光は、前記フォトレジストと前記フォトマスクとの間に液体を介在させた状態で行われる
ことを特徴とする請求項２に記載の露光方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明の実施形態は、露光方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
半導体装置が微細化されるにつれて、微細なパターンを正確に形成することが難しくなってきている。
【０００３】
このような問題に対し、ダブルパターニング等の露光方法が提案されている。しかしながら、ダブルパターニングでは、１回目の露光と２回目の露光との間で重ね合わせ誤差が生じるといった問題がある。
【０００４】
また、基板上に形成されたフォトレジストと光学レンズとの間に液体を介在させた状態で露光が行われる液浸露光も提案されている。しかしながら、液浸露光では、液体の屈折率を光学レンズの屈折率以上にすることはできないため、微細化に限界がある。
【０００５】
したがって、微細なパターンを正確に形成することが可能な新たな露光方法が望まれている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２０１１−６１０３９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
微細なパターンを正確に形成することが可能な露光方法を提供する。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
実施形態に係る露光方法は、基板上に形成されたフォトレジストと周期的なパターンを有するフォトマスクとを前記パターンのピッチ及び露光光の波長に応じた第１の距離だけ離して第１の露光を行い、前記フォトマスクの前記パターンを前記フォトレジストの第１の位置に転写する工程と、前記フォトレジストと前記フォトマスクとを前記パターンのピッチ及び露光光の波長に応じた前記第１の距離とは異なる第２の距離だけ離して第２の露光を行い、前記フォトマスクの前記パターンを前記フォトレジストの前記第１の位置とは異なる第２の位置に転写する工程と、を備える。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】タルボ効果の原理を模式的に示した説明図である。
【図２】実施形態に係る露光方法を示したフローチャートである。
【図３】実施形態に係る露光方法の動作を示した説明図である。
【図４】実施形態に係る露光方法の動作を示した説明図である。
【図５】第１の露光におけるフォトレジスト表面の光強度分布を示した図である。
【図６】第２の露光におけるフォトレジスト表面の光強度分布を示した図である。
【図７】第１の露光での光強度分布と第２の露光での光強度分布とを合成した図である。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
まず、実施形態の説明を行う前に、タルボ（Talbot）効果について説明する。
【００１１】
フォトマスクに形成された周期的なパターンを干渉性の高い光源を用いて照明すると、光の進行方向に上記パターンのピッチ及び露光光の波長に応じた繰り返し周期で上記パターンの像が出現する。このような現象がタルボ（Talbot）効果である。
【００１２】
図１は、タルボ効果の原理を模式的に示した説明図である。
【００１３】
周期的なパターン１１を有するフォトマスク１０の裏面側から照明光（図示せず）を照射する。このとき、０次光と１次光との干渉作用に基づき、照明光の進行方向において、パターン１１のピッチｐ及び照明光の波長に応じた周期ＺT で、パターン１１に対応した像２１が出現する。すなわち、パターン１１に対応した光強度の高い位置２１が出現する。また、照明光の進行方向において互いに隣接する像２１の中間の位置２２では、光強度が低くなる。また、照明光の進行方向に垂直な方向（パターン１１が配列されている方向）において互いに隣接する光強度が低い位置２２の中間の位置２３では、光強度が高くなる。すなわち、照明光の進行方向において像（位置）２１からＺT ／２ずれ、且つパターン１１が配列されている方向において像（位置）２１からｐ／２ずれた位置に、パターン１１に対応した光強度が高い位置２３が出現する。したがって、位置２１と位置２３とで露光を行えば、ピッチｐの半分のピッチ（ｐ／２）で周期的なパターンの転写を行うことが可能である。
【００１４】
なお、上記の周期ＺT をタルボ周期と呼ぶことにする。すなわち、照明光の進行方向（フォトマスク１０の主面に垂直な方向）においてパターン１１に対応する像２１が一定の間隔で繰り返し出現する周期ＺT を、タルボ周期と呼ぶことにする。
【００１５】
タルボ周期ＺT を、２次の項まで近似して計算すると、
ＺT ＝２ｐ2×ｎ／λ      （式１）
となる。ただし、ｐはパターンのピッチ。λは照明光（露光光）の波長、ｎはフォトマスク１０を通過した照明光（露光光）が入射する物質の屈折率である。
【００１６】
なお、パターンのピッチｐが波長λに近づくと、２次の項までの近似では誤差が大きくなる。このような場合、４次の項まで近似すると、
ＺT ＝（２ｐ2×ｎ／λ）×（１／（１＋λ2／４ｐ2ｎ2））      （式２）
となる。
【００１７】
以下、上述した事項に基づいて実施形態の説明を行う。
【００１８】
図２は、本実施形態の露光方法を示したフローチャートである。図３及び図４は、本実施形態の露光方法の動作を示した説明図である。
【００１９】
まず、第１の露光を行う（Ｓ１）。具体的には、図３に示すように、フォトレジスト３２が形成された半導体基板３１と、周期的なパターン（例えば、ラインアンドスペースパターン）４１を有するフォトマスク４０とを用意し、パターン４１のピッチｐ及び露光光５０の波長λに応じた第１の距離Ｌ１だけ離して、第１の露光を行う。すなわち、フォトレジスト３２とフォトマスク４０とを離間させ、フォトレジスト３２とフォトマスク４０との間に光学レンズを介在させないプロキシミティ露光を行う。第１の距離Ｌ１は、タルボ効果によってパターン４１の開口部の像の光強度が最大となるように選択する。この第１の露光により、フォトマスク４０に形成されたパターン４１がフォトレジスト３２の第１の位置６１に転写される。
【００２０】
図５は、第１の露光におけるフォトレジスト３２の表面の光強度分布を示している。図５に示すように、第１の位置６１で光強度が高くなっている。
【００２１】
次に、第２の露光を行う（Ｓ２）。具体的には、図４に示すように、フォトマスク４０のパターン４１のピッチｐ及び露光光５０の波長λに応じた第２の距離Ｌ２（第２の距離Ｌ２は第１の距離Ｌ１とは異なる）だけ離して、第２の露光を行う。すなわち、フォトレジスト３２とフォトマスク４０とを離間させ、フォトレジスト３２とフォトマスク４０との間に光学レンズを介在させないプロキシミティ露光を行う。第２の距離Ｌ２は、タルボ効果によってパターン４１の開口部の像の光強度が最大となるように選択する。この第２の露光により、フォトマスク４０に形成されたパターン４１がフォトレジスト３２の第２の位置６２に転写される。第２の位置６２は、第１の位置６１から水平方向にｐ／２だけずれている。
【００２２】
図６は、第２の露光におけるフォトレジスト３２の表面の光強度分布を示している。図６に示すように、第１の位置６１で光強度が低くなり、第２の位置６２で光強度が高くなっている。
【００２３】
図７は、第１の露光での光強度分布と第２の露光での光強度分布とを合成した図である。図７からわかるように、第１の露光及び第２の露光を行うことで、第１の位置６１及び第２の位置６２で光強度が高くなっている。したがって、フォトマスク４０のパターン４１のピッチｐの半分のピッチ（ｐ／２）で露光を行うことができる。
【００２４】
上述した第１の距離Ｌ１と第２の距離Ｌ２との差Ｌ２−Ｌ１をＤとすると、
Ｄ＝（２ｍ−１）×ＺT／２      （式３）
と表される。ただし、ＺT は上述したタルボ周期である。すなわち、ＺT は、フォトマスクの主面に垂直な方向（露光光の進行方向）におけるパターン４１に基づく光強度の繰り返し周期である。また、ｍは正の整数である。
【００２５】
また、先に示した（式１）と上記（式３）とを用いると、
Ｄ＝（２ｍ−１）×ｎ×ｐ2／λ      （式４）
と表される。
【００２６】
以上のようにして第１及び第２の露光を行った後、現像を行う（Ｓ３）。その結果、パターン４１のピッチｐの半分のピッチ（ｐ／２）を有する周期パターンを形成することができる。
【００２７】
以上のように、本実施形態では、タルボ効果を利用して第１及び第２の露光を行うことにより、フォトマスクに形成されているパターンのピッチの半分のピッチで、フォトレジストにパターンを転写することができる。その結果、微細なパターンを正確に形成することが可能となる。また、プロキシミティ露光であるため、結像光学系が不要であり、収差のない露光を行うことが可能である。
【００２８】
なお、上述した実施形態において、フォトレジスト３２とフォトマスク４０との間には、空気（屈折率ｎ＝１）を介在させてもよいが、所望の液体を介在させてもよい。一般に、上述したような周期パターン（ピッチｐ）では、１次光が発生する条件は、
ｐ＞λ／ｎ      （式５）
となる。したがって、屈折率ｎが大きいほど、ピッチｐを小さくすることができる。フォトレジスト３２とフォトマスク４０との間に屈折率ｎの大きい液体を介在させることで、ピッチｐを小さくすることが可能である。すなわち、第１の露光及び第２の露光ともに、フォトレジストとフォトマスクとの間に所望の液体を介在させた状態で行うことで、ピッチの小さいパターンを形成することが可能である。
【００２９】
また、フォトレジストとフォトマスクとの間に光学レンズを介在させないプロキシミティ露光であるため、液体の屈折率を光学レンズの屈折率よりも小さくするといった制約がなく、屈折率の大きな液体を使用することが可能である。そのため、非常に小さなピッチのパターンを形成することが可能である。
【００３０】
本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら新規な実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。
【符号の説明】
【００３１】
１０…フォトマスク      １１…パターン
２１…光強度の高い位置      ２２…光強度の低い位置
２３…光強度の高い位置
３１…半導体基板      ３２…フォトレジスト
４０…フォトマスク      ４１…パターン
５０…露光光      ６１…第１の位置      ６２…第２の位置
【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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【図６】
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【図７】
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