JP2000352825A - パターン形成方法 - Google Patents

パターン形成方法

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JP2000352825A
JP2000352825A JP11164006A JP16400699A JP2000352825A JP 2000352825 A JP2000352825 A JP 2000352825A JP 11164006 A JP11164006 A JP 11164006A JP 16400699 A JP16400699 A JP 16400699A JP 2000352825 A JP2000352825 A JP 2000352825A
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pattern
layer
coarse
forming method
photosensitive material
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JP11164006A
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Yoshiaki Moro
義明 茂呂
Koji Asano
宏二 浅野
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  • Exposure Of Semiconductors, Excluding Electron Or Ion Beam Exposure (AREA)
  • Photosensitive Polymer And Photoresist Processing (AREA)
  • Exposure And Positioning Against Photoresist Photosensitive Materials (AREA)
  • Electron Beam Exposure (AREA)

Abstract

(57)【要約】 【課題】 電子ビーム露光で得られるような微細パター
ンが短時間の処理で効率よく形成できるパターン形成方
法の実現。 【解決手段】 微細パターン26と粗大パターン23が混在
する混在パターンを基板1 上に形成するパターン形成方
法であって、基板上にポジ型感光材料を塗布して粗大パ
ターン23と共に、微細パターンを形成する領域に相当す
る置き換え粗大パターン22を有する第１層21を形成する
工程と、第１層上にネガ型感光材料を塗布して、置き換
え粗大パターン22が形成された領域上に微細パターン26
を荷電粒子ビームで露光して、微細パターンを有する第
２層25を形成する工程と、第１層と第２層をマスクとし
てエッチングする工程とを備える。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、リソグラフィによ
るパターン形成方法に関し、特に電子ビームなどの荷電
粒子ビームを使用して、微細パターン又は微細パターン
と粗大パターンが混在しているパターンを露光するのに
適したパターン形成方法に関する。半導体集積回路は微
細加工技術の進歩に伴って一層高集積化される傾向にあ
り、微細加工技術に要求される性能は益々厳しいものに
なってきている。とりわけ露光技術においては、従来使
用されているステッパなどに用いられる光露光（フォト
リソグラフィ）技術の限界が予想されている。電子ビー
ム露光（電子ビームリソグラフィ）技術などの荷電粒子
ビーム露光技術は、光露光技術に代わって微細加工の次
世代を担う可能性の高い技術である。以下、電子ビーム
露光を例として説明を行う。
【０００２】
【従来の技術】微細パターンを電子ビームで露光する
時、レジストの性質上、ポジ型よりネガ型の方が微細パ
ターンを描画するのに適している。そのため、電子ビー
ム露光装置を使用して微細パターンを形成する場合に
は、ネガ型レジストを使用する。図１は、電子ビーム露
光装置を使用して微細パターンを形成する場合の従来の
プロセスを示す図である。なお、パターンには、微細な
パターンと共に大きな粗大パターンが混在するのが一般
的であり、ここでは微細なパターンと粗大パターンが混
在するパターンを例として説明するが、本発明は微細な
パターンのみの場合にも適用可能である。
【０００３】まず、基板１上にパターン形成の対象とな
る単一層２を形成し、その上に更にネガ型レジスト１１
を塗布する。これにより、図１の（１）に示すような状
態になる。次に、電子ビーム露光により、微細パターン
部１２や粗大パターン部１３を含めてパターンを露光
し、更に現像する。この場合、ネガ型レジストを使用し
ているので、電子ビームを露光した部分が残る。すなわ
ち、参照番号１４で示す部分を露光する必要がある。こ
れにより、図１の（２）に示すような、微細パターン部
１２と粗大パターン部１３が混在するパターンが形成さ
れる。
【０００４】更に、図１の（２）のパターンニングされ
たネガ型レジストをマスクとして、エッチングを行い、
レジストのない単一層２の部分を除去する。これによ
り、図１の（３）に示すような状態になる。更に、アッ
シングにより、ネガ型レジスト１１を除去する。これに
より、単一層２は、図１の（４）に示すように、微細パ
ターンと粗大パターンが混在するパターンに整形され
る。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】上記のように、微細パ
ターンを描画するにはネガ型レジストの方がポジ型レジ
ストより適しており、単一層２の一部にでも微細パター
ンがある時にはネガ型レジストを使用する必要がある。
しかし、ネガ型レジストは電子ビームを照射した部分が
現像後残るので、図１の（２）に示すように、多くの残
る部分（参照番号１４で示す部分など）を露光する必要
がある。微細パターンを描画するには、微細なパターン
が露光できる電子ビームを使用する必要があり、単位時
間に露光できる面積が制限される。すなわち、大きな面
積を露光する場合には、露光時間が長くなる。
【０００６】従って、単一層に微細パターンがあり、且
つ単一層で残す部分が多い場合には、ネガ型レジストを
使用して電子ビームで露光すると、露光時間が長くなる
という問題がある。一般には、残す部分が多く、露光時
間は非常に長くなる。電子ビーム露光技術は、光露光技
術に比べてスループットが劣るのが最大の問題であり、
露光時間を短縮することが要望されている。そこで、光
露光技術と電子ビーム露光技術を組合せ、粗大パターン
は光で露光し、微細パターンは電子ビームで露光するミ
ックス・アンド・マッチ(Mix and Match) と呼ばれる方
法が提案されている。この方法は、同一のネガ型レジス
トに光露光を行うもので、２つの系による露光条件を一
致させるのが難しいという問題がある。また、同一装置
内に電子ビーム露光系と光露光系を備える必要があり、
装置が大型化し、それぞれの露光系の使用効率が低くな
るという問題がある。別々に設けた電子ビーム露光系と
光露光系でこの方法を実現することも考えられるが、一
旦露光した現像前の基板を別々に設けた電子ビーム露光
系と光露光系の間で搬送する必要があり、搬送時の管理
の問題が生じる。
【０００７】本発明は、このような問題の生じない新し
いパターン形成方法を実現することを目的とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】上記目的を実現するた
め、本発明のパターン形成方法は、ポジ型感光性材料と
ネガ型感光性材料の両方を使用し、１層目のポジ型感光
性材料層に微細パターンの領域に相当する大きな置き換
えパターン（粗大パターンがある場合には粗大パターン
も）を形成し、その後ネガ型感光材料を塗布して置き換
えパターンの部分に電子ビームで微細パターンを露光す
ることを特徴とする。
【０００９】すなわち、本発明の第１の態様のパターン
形成方法は、微細パターンを基板上に形成するパターン
形成方法であって、基板上にポジ型感光材料を塗布し
て、微細パターンを形成する領域に相当する置き換え粗
大パターンを有する第１層を形成する工程と、第１層上
にネガ型感光材料を塗布して、置き換え粗大パターンが
形成された領域上に微細パターンを荷電粒子ビームで露
光して、微細パターンを有する第２層を形成する工程
と、第１層と第２層をマスクとしてエッチングする工程
とを備えることを特徴とする。
【００１０】基板上に形成するパターンが、微細パター
ンに加えて粗大パターンを有する場合には、第１層を形
成する時に、置き換え粗大パターンと共に粗大パターン
を形成する。第１層の露光と現像が終了した後第２層が
形成されるので、２つの層の形成は独立に行え、露光条
件の設定などが容易である。
【００１１】第１層のポジ型感光材料は、例えば、感光
性ポリイミドやポジ型レジストである。第１層の粗大パ
ターンと置き換え粗大パターンは、光を露光光源として
露光しても、荷電粒子ビームを露光光源として露光して
もよい。粗大パターンを荷電粒子ビームを露光光源とし
て露光する場合、露光対象はポジ型感光材料であり、露
光する部分はネガ型の場合に比べて少ないので露光時間
は短い。更に、粗大パターンのみを露光し微細パターン
を露光しないのであれば、微細パターンを露光する装置
に比べて単位時間当りの露光面積が大きな装置も可能で
あり、この点からも露光時間は短くできる。
【００１２】第１層のポジ型感光材料がポジ型レジスト
であり、第２層のネガ型感光材料がネガ型レジストであ
る場合には、溶剤が同じのため、パターンを形成した第
１層の上に第２層のネガ型レジストを塗布すると、すで
に形成したポジ型レジストの第１層のパターンを劣化さ
せる恐れがある。そこで、このような恐れがある場合に
は、第１層を形成した工程後、第１層と同じパターンを
有する感光性材料でないシリコン膜などの中間層を形成
する工程を設ける。
【００１３】また、上記の第１層のポジ型レジストと第
２層のネガ型レジストの溶剤が同じのため、第１層のパ
ターンを劣化させる恐れがあるという問題を解決するた
め、本発明の第２の態様のパターン形成方法は、微細パ
ターンを基板上に形成するパターン形成方法であって、
基板上にハードマスク材料層を形成し、ポジ型感光材料
を塗布して微細パターンを形成する領域に相当する置き
換え粗大パターンを有するハードマスク材料の第１層を
形成する工程と、第１層上にネガ型感光材料を塗布し
て、置き換え粗大パターンが形成された領域上に微細パ
ターンを荷電粒子ビームで露光して、微細パターンを有
する第２層を形成する工程と、第１層と第２層をマスク
としてエッチングする工程とを備えることを特徴とす
る。
【００１４】基板上に形成するパターンが、微細パター
ンに加えて粗大パターンを有する時には、第１層を形成
する時に、置き換え粗大パターンと共に粗大パターンを
形成する。第１層のハードマスク材料は、例えば、シリ
コン酸化膜（ＳｉＯ2 ）である。
【００１５】
【発明の実施の形態】図２は、本発明の第１実施例のパ
ターン形成プロセスを示す図である。まず、基板１上に
パターン形成の対象となる単一層２を形成し、その上に
更にポジ型感光材料２１を塗布する。これにより、図２
の（１）に示すような状態になる。
【００１６】次に、光露光又は電子ビーム露光により、
粗大パターン部２３と微細パターンを形成する部分をカ
バーする大きな微細パターン領域２２とを露光し、現像
する。従って、光又は電子ビームが照射されるのは、粗
大パターン部２３と領域２２である。これにより図２の
（２）の状態になる。次に、ネガ型レジスト２５を塗布
する。これにより、図２の（３）の状態になる。
【００１７】次に、電子ビームで微細パターン２６を露
光し、現像する。この場合、露光するのは微細パターン
のうちの残す部分のみである。粗大パターン２３の部分
は、電子ビームが照射されないので、現像により除去さ
れる。これにより、図２の（４）の状態になる。次に、
図２の（４）のパターンニングされたポジ型感光材料と
ネガ型レジストをマスクとして、エッチングを行い、ポ
ジ型感光材料層とネガ型レジスト層がいずれもない単一
層２の部分を除去する。これにより、図２の（５）に示
すような状態になる。
【００１８】更に、アッシングにより、ポジ型感光材料
とネガ型レジストを除去する。これにより、単一層２
は、図２の（６）に示すように、微細パターンと粗大パ
ターンが混在するパターンに整形される。以上のよう
に、第１実施例では、粗大パターンと微細パターンをカ
バーする大きな領域は、ポジ型感光材料を露光すること
により形成されるので、露光時間を短くできる。更に、
この部分を光露光すれば、更に短時間で露光できる。
【００１９】例えば、単一層に微細パターンの入ったデ
バイスを、図１で説明した従来の電子ビーム露光方法で
露光する場合、１ロット（ウエハ２５枚）を処理するの
に、露光時間が約５０時間を要した。これに対して、第
１実施例であれば、電子ビーム露光の時間を約１／４程
度の１２時間程度にできた。もちろん、第１層の形成が
必要であり、工程は増加するが、増加した工程数を加味
しても、全体の処理時間を短縮することができる。具体
的には、図１で説明した従来の方法を使用する場合の単
一層を形成するのに要する時間が１ロットで６５時間で
あるのに対して、本実施例であれば、３０時間であっ
た。このように、処理時間を半分以下にすることがで
き、スループットを大幅に改善することができる。
【００２０】更に、本実施例において粗大パターンをス
テッパなどで露光する場合、そこで使用されるステッパ
の解像度は低く、電子ビーム露光装置に比べて安価であ
る。そのため、製造コストで問題になるのは高価な電子
ビーム露光装置を使用する時間であり、それが大幅に短
くなるので製造コストを大幅に低下させられる。第１実
施例では、単一層２に形成するパターンが粗大パターン
を含んだが、微細パターンのみである場合には、粗大パ
ターン２３の部分を露光しないようにする。
【００２１】また、第１実施例では、微細パターン領域
２２と粗大パターン２３を同時に露光したが、別々に露
光することも可能である。図３と図４は、そのような変
形例のプロセスを示す図である。まず、基板１上にパタ
ーン形成の対象となる単一層２を形成し、その上に更に
ポジ型感光材料２１を塗布する。次に、光露光又は電子
ビーム露光により、粗大パターン部２３を露光し、現像
する。これにより図３の（１）の状態になる。
【００２２】次に、パターンニングされたポジ型感光材
料２１をマスクとして、エッチングを行い、単一層２の
粗大パターン２３の部分を除去する。これにより、図３
の（２）に示すような状態になる。更に、アッシングに
より、ポジ型感光材料２１を除去する。これにより、単
一層２は、図３の（３）に示すように、粗大パターンが
形成された状態になる。
【００２３】次に、ポジ型感光材料２５を塗布し、光露
光又は電子ビーム露光により、微細パターンを形成する
部分をカバーする大きな微細パターン領域２６を露光
し、現像する。これにより図４の（５）の状態になる。
次に、ネガ型レジスト２７を塗布する。これにより、図
４の（６）の状態になる。
【００２４】次に、電子ビームで微細パターン２８を露
光し、現像する。この場合、露光するのは微細パターン
のうちの残す部分のみである。それ以外の部分のネガ型
レジスト２７は除去されるが、ポジ型感光材料２５はそ
のまま残る。これにより、図４の（７）の状態になる。
次に、ポジ型感光材料とパターンニングされたネガ型レ
ジストをマスクとして、エッチングを行い、単一層２に
微細パターンを形成する。これにより、図４の（８）に
示すような状態になる。
【００２５】更に、アッシングにより、ポジ型感光材料
とネガ型レジストを除去する。これにより、図４の
（９）の状態になり、単一層２に微細パターンと粗大パ
ターンが混在するパターンに整形される。粗大パターン
がない場合には、図３の（４）から図４の（９）での処
理を行えばよい。
【００２６】第１実施例では、第１層にポジ型感光材料
を使用したので、パターンを形成した第１層の上にネガ
型レジストを塗布しても特に問題は生じない。しかし、
第２層のネガ型レジストと同じ溶剤のポジ型レジストを
第１に使用すると、ネガ型レジストを塗布するために、
第１層のパターンが劣化するという問題が生じる。第２
実施例は、第１層にポジ型感光材料を使用するための方
法である。
【００２７】図５は、本発明の第２実施例のパターン形
成プロセスを示す図である。まず、基板１上にパターン
形成の対象となる単一層２を形成し、その上に更にポジ
型感光材料２１を塗布する。（図示せず。） 次に、光露光又は電子ビーム露光により、粗大パターン
部２３と微細パターンを形成する部分をカバーする大き
な領域２２とを露光し、現像する。これにより図５の
（１）の状態になる。
【００２８】次に、中間層３１を成膜する。中間層３１
は、例えば、単一層２がＴａであれば、Ｓｉなどを使用
する。これにより、図５の（２）の状態になる。次に、
再びポジ型レジスト３２を塗布する。これにより、図５
の（３）の状態になる。次に、図３の（２）と同じ粗大
パターン部２３と領域２２とを露光し、現像する。これ
により図５の（４）の状態になる。
【００２９】次に、パターンニングされたポジ型レジス
ト３２をマスクとして中間層３１をエッチングする。こ
の時、単一層２のところでエッチングを止める。これに
より、図５の（５）の状態になる。次に、最上層のポジ
型レジスト３２をアッシングにより除去する。この時、
下層のポジ型レジスト２１は、中間層３１があるので残
る。これにより、図５の（６）の状態になる。
【００３０】次に、ネガ型レジスト３５を塗布する。こ
れにより、図６の（７）の状態になる。次に、電子ビー
ムで微細パターン３６を露光し、現像する。これによ
り、図６の（８）の状態になる。次に、図６の（８）の
パターンニングされたポジ型レジストとネガ型レジスト
をマスクとして、エッチングを行い、いずれのレジスト
もない単一層２の部分を除去する。これにより、図６の
（９）に示すような状態になる。
【００３１】更に、アッシングにより、ポジ型レジスト
とネガ型レジストを除去する。これにより、単一層２
は、図６の（１０）に示すように、微細パターンと粗大
パターンが混在するパターンに整形される。第２実施例
では、ポジ型レジストとネガ型レジストを使用するため
中間層を形成したが、第３実施例はポジ型レジストとネ
ガ型レジストを使用する別のパターン形成方法である。
【００３２】まず、基板１上にパターン形成の対象とな
る単一層２を形成し、その上に更にＳｉＯ2 膜４１を形
成する。これにより、図７の（１）の状態になる。次
に、ポジ型レジスト５１を塗布し、光露光又は電子ビー
ム露光により、粗大パターン部５３と微細パターンを形
成する部分をカバーする大きな領域５２とを露光し、現
像する。これにより図７の（２）の状態になる。
【００３３】次に、パターンニングされたポジ型レジス
ト５１をマスクとしてＳｉＯ2 膜４１をエッチングす
る。これにより、図７の（３）の状態になる。次に、ポ
ジ型レジスト５１をアッシングにより除去する。これに
より、図７の（４）の状態になる。次に、ネガ型レジス
ト５５を塗布する。これにより、図７の（５）の状態に
なる。
【００３４】次に、電子ビームで微細パターン５６を露
光し、現像する。これにより、図８の（６）の状態にな
る。次に、パターンニングされたＳｉＯ2 膜４１と微細
パターンのネガ型レジスト５５マスクとして、エッチン
グを行い、いずれもない単一層２の部分を除去する。こ
れにより、図８の（７）に示すような状態になる。
【００３５】更に、アッシングにより、ネガ型レジスト
を除去する。これにより、図８の（８）に示すような状
態になる。更にＨＦ水溶液によるウェット処理によりＳ
ｉＯ2 膜４１とを除去する。これにより、図８の（９）
に示すような状態になり、単一層２は微細パターンと粗
大パターンが混在するパターンに整形される。
【００３６】
【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
電子ビーム露光で得られるような微細パターンが短時間
の処理で効率よく形成できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】電子ビーム露光による従来のプロセスを示す図
である。
【図２】本発明の第１実施例のパターン形成プロセスを
示す図である。
【図３】本発明の第１実施例の変形例のパターン形成プ
ロセスの一部を示す図である。
【図４】本発明の第２実施例の変形例のパターン形成プ
ロセスの一部を示す図である。
【図５】本発明の第２実施例のパターン形成プロセスの
一部を示す図である。
【図６】本発明の第２実施例のパターン形成プロセスの
一部を示す図である。
【図７】本発明の第３実施例のパターン形成プロセスの
一部を示す図である。
【図８】本発明の第３実施例のパターン形成プロセスの
一部を示す図である。
【符号の説明】
１…基板 ２…単一層 ２１…第１層（ポジ型感光材料） ２２…置き換え粗大パターン（微細パターン領域） ２３…粗大パターン ２５…第２層（ネガ型レジスト） ２６…微細パターン
フロントページの続き (51)Int.Cl.7 識別記号 ＦＩ テーマコート゛(参考） Ｈ０１Ｌ 21/30 ５４１Ｚ Ｆターム(参考） 2H025 AA01 AB16 AC01 AC06 AD01 AD03 DA13 DA14 DA40 EA04 FA09 FA10 2H096 AA25 BA01 BA09 CA12 EA02 EA06 EA14 GA00 HA11 JA04 2H097 AA13 CA12 CA16 FA02 FA03 GB01 LA10 5F046 AA05 AA09 5F056 AA01

Claims (13)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 微細パターンを基板上に形成するパター
    ン形成方法であって、 前記基板上にポジ型感光材料を塗布して、前記微細パタ
    ーンを形成する領域に相当する置き換え粗大パターンを
    有する第１層を形成する工程と、 前記第１層上にネガ型感光材料を塗布して、前記置き換
    え粗大パターンが形成された領域上に前記微細パターン
    を荷電粒子ビームで露光して、前記微細パターンを有す
    る第２層を形成する工程と、 前記第１層と前記第２層をマスクとしてエッチングする
    工程とを備えることを特徴とするパターン形成方法。
  2. 【請求項２】 請求項１に記載のパターン形成方法であ
    って、 基板上に形成するパターンは、前記微細パターンに加え
    て粗大パターンを有し、 前記第１層を形成する時には、前記置き換え粗大パター
    ンと共に前記粗大パターンを形成するパターン形成方
    法。
  3. 【請求項３】 請求項１又は２に記載のパターン形成方
    法であって、 前記第１層の前記ポジ型感光材料が感光性ポリイミドで
    あるパターン形成方法。
  4. 【請求項４】 請求項１又は２に記載のパターン形成方
    法であって、 前記第１層の前記ポジ型感光材料がポジ型レジストであ
    るパターン形成方法。
  5. 【請求項５】 請求項１から４のいずれか１項に記載の
    パターン形成方法であって、 前記第１層のパターンは、光を露光光源として露光され
    るパターン形成方法。
  6. 【請求項６】 請求項１から４のいずれか１項に記載の
    パターン形成方法であって、 前記第１層のパターンは、荷電粒子ビームを露光光源と
    して露光されるパターン形成方法。
  7. 【請求項７】 請求項１、２、４から６のいずれか１項
    に記載のパターン形成方法であって、 前記第１層の前記ポジ型感光材料がポジ型レジスト、前
    記第２層の前記ネガ型感光材料がネガ型レジストであ
    り、 前記第１層を形成する工程後、前記第１層と同じパター
    ンを有する感光性材料でない中間層を形成する工程を有
    するパターン形成方法。
  8. 【請求項８】 請求項７に記載のパターン形成方法であ
    って、 前記中間層は、シリコン膜であるパターン形成方法。
  9. 【請求項９】 微細パターンを基板上に形成するパター
    ン形成方法であって、 前記基板上にハードマスク材料層を形成し、ポジ型感光
    材料を塗布して前記微細パターンを形成する領域に相当
    する置き換え粗大パターンを有するハードマスク材料の
    第１層を形成する工程と、 前記第１層上にネガ型感光材料を塗布して、前記置き換
    え粗大パターンが形成された領域上に前記微細パターン
    を荷電粒子ビームで露光して、前記微細パターンを有す
    る第２層を形成する工程と、 前記第１層と前記第２層をマスクとしてエッチングする
    工程とを備えることを特徴とするパターン形成方法。
  10. 【請求項１０】 請求項９に記載のパターン形成方法で
    あって、 基板上に形成するパターンは、前記微細パターンに加え
    て粗大パターンを有し、 前記第１層を形成する時には、前記置き換え粗大パター
    ンと共に前記粗大パターンを形成するパターン形成方
    法。
  11. 【請求項１１】 請求項９又は１０に記載のパターン形
    成方法であって、 前記第１層のハードマスク材料は、シリコン酸化膜（Ｓ
    ｉＯ2 ）であるパターン形成方法。
  12. 【請求項１２】 請求項９から１１のいずれか１項に記
    載のパターン形成方法であって、 前記第１層の前記粗大パターンと前記置き換え粗大パタ
    ーンは、光を露光光源として露光されるパターン形成方
    法。
  13. 【請求項１３】 請求項９から１１のいずれか１項に記
    載のパターン形成方法であって、 前記第１層の前記粗大パターンと前記置き換え粗大パタ
    ーンは、荷電粒子ビームを露光光源として露光されるパ
    ターン形成方法。
JP11164006A 1999-06-10 1999-06-10 パターン形成方法 Withdrawn JP2000352825A (ja)

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JP11164006A JP2000352825A (ja) 1999-06-10 1999-06-10 パターン形成方法

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* Cited by examiner, † Cited by third party
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WO2004077493A3 (de) * 2003-02-26 2005-09-15 Giesecke & Devrient Gmbh Verfahren zur herstellung eines belichteten substrats

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JP2006520010A (ja) * 2003-02-26 2006-08-31 ギーゼッケ　ウント　デフリエント　ゲーエムベーハー 露光基体の作製方法

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