JPH04107913A - 半導体装置の製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 ［概要］ 本発明は、半導体装置の製造方法に係り、特に。

電子線の露光方法に関し。

露光や現像時のプロセスの改善により、被り露光法の欠
点を克服し、シャープな断面形状を得ることを目的とし
。

■被処理基板に塗布したフォトレジスト膜に対して選択
的な第１の露光を行ない、露光パターンを形成する第１
の工程と、該露光パターンの周辺部のみを１表面から厚
膜方向に一部硬化させるように該フォトレジスト膜（２
）の全面に対する第２の露光を行うことで、該露光パタ
ーンを部分的に太らせる第２の工程と、未硬化状態の該
フォトレジスト膜（２）を１表面から膜厚方向に一部除
去する第３の工程とを有するように。

■前記第２の工程と前記第３の工程とを複数回繰り返し
て行うように。

■前記第２の工程と同時に、前記第２の露光に用いる波
長の光に対して、吸収を示さないような現像液を用いて
前記第３の工程を行うように構成する。

〔産業上の利用分野〕

本発明は、半導体装置の製造方法に係り、特に。

電子線等の露光方法に関する。

半導体装１のフォトリソグラフィープロセスにおいては
、感光性樹脂（フォトレジスト）を用いてパターン形成
を行うが、そのネガ型レジスト工程、特に、電子線ネガ
レジスト工程においては。

レジストパターンの現像後の断面形状が良くできないこ
とが問題となっていた。

ネガレジストは半導体デバイスの配線やゲートパターン
の形成に用いられるが、レジストの断面形状が良くない
と、エツチングにより転写形成した最終パターンの寸法
精度が悪くなる ［従来の技術］ 第２図は従来例の説明間である。

図において、ｌは基板、３は感光したフォトレジスト膜
である。

従来のフォトリソグラフィーにおいては、電子線露光に
よるネガレジストの断面形状は第２回（ａ）に示すよう
に断面形状が悪く、シャープなパターンが得られなかっ
た。

このために、断面形状を改善して、シャープな断面形状
を得る方法として、ＤＥＥＰ−ＵＶ光による被り露光法
があった。

これは、露光時に２本露光（パターンを形成する露光）
の前、または、後にＤＥＥＰ−ＵＶ光によってネガレジ
スト膜全面の被り露光を行うもので９本発明の元になっ
ている発明である。

しかしながら、この方法では、フォトレジスト表面付近
の強度が大きく、基板付近の強度が小さくなってしまい
、第２図（ｂ）に示すように鼓型となり、また、照射で
きる露光の強度は１表面でゲル化による膜の生成を生し
ない量に限られていて、フォトレジストの中下部は、あ
まり改善できない欠点を持っていた。

また、破りを生じる強さは、フォトレジストの上部から
下部に行くに従って単調に減少していくため、形状改善
の自由度があまりなかった。

〔発明が解決しようとする課題〕

従って１通常のＤＥＥＰ−ＵＶ光の被り露光による形状
改善の度合いは小さ（、一般的に使用されるケースはあ
まりなかった。

本発明は９以上の点を鑑み、露光や現像時のプロセスの
改善により、被り露光法の欠点を克服し。

シャープな断面形状を得ることを目的として提供される
ものである。

〔課題を解決するための手段〕

第１図は本発明の原理説明図兼第１の実施例の工程順模
式断面図である。

図において、１は基板、２はフォトレジスト膜。

３は感光したフォトレジスト膜、４は電子ビーム５５は
ＤＥＥＰ−ＵＶ光である。

第１図（ａ）に示すように、フォトレジスト膜２を表面
に塗布した被加工基板１に電子ビーム等により５通常の
パターン露光を行って、感光したフォトレジスト膜３の
領域をフォトレジスト膜２中に形成した後、続いて、Ｄ
ＥＥＰ−ＵＶ光によって、フォトレジス）ｌｌ！２の表
面付近のみが露光されるように、全面被り露光を行う。

続けて９表面の被りを生じた部分で残したくないパター
ン周辺以外の部分を除去するために、短時間の現像を行
う。

その事によって１表面の被った部分は除去され。

また、主露光で残したいパターンの周辺部分は。

被りのアシストを受けて、十分な太さを持って残る。

その後、被った表面に対して、再び短時間の現像を行う
。このプロセスを何度か繰り返し、第１図（ｇ）のよう
な良好なパターンを得ることができる。

被り露光によって１本露光を行った部分が太って行く理
由は１例えば、電子線を用いた場合を例にして説明する
と１本露光を行った位置の近辺にはエネルギ吸収が可な
りあって１例えば、パターンエツジ部から、０．１　μ
ｍ離れた場所で、パターンエツジ部での吸収強度の９０
％の吸収強度を持つとすれば、あと１０％分のエネルギ
を被り露光によって補ってやれば、パターンは０．１μ
ｍ太る事となる。

即ち２本発明の目的は、第１図（ａ）に示すように、被
処理基板（１）に塗布したフォトレジスト膜（２）に対
して選択的な第１の露光を行ない、露光パターンを形成
する第１の工程と。

第１図（ｂ）に示すように、該露光パターンの周辺部の
みを１表面から厚膜方向に一部硬化させるように該フォ
トレジスト膜（２）の全面に対する第２の露光を行うこ
とで、該露光パターンを部分的に太らせる第２の工程と
。

第１図（ｃ）に示すように、未硬化状態の該フォトレジ
スト膜（２）を１表面から膜厚方向に一部除去する第３
の工程とを有することにより。

また、第１図（ｂ）〜（ｉ）に示すように、前記第２の
工程と前記第３の工程とを複数回繰り返して行うことに
より。

更に、前記第２の工程と同時に、前記第２の露光に用い
る波長の光に対して、吸収を示さないような現像液を用
いて前記第３の工程を行うことにより達成される。

〔作用］ 第２図は本発明の作用説明図である。

図において、１は基板、３は感光したフォトレジスト膜
である。

上記のように９本発明では、第２図（ａ）に示したよう
に、電子ビーム露光等によるネガレジストの断面形状の
悪い状態を、ＤＥＥＰ−ＵＶによる表面全面の適度な被
り露光によって、パターンを少しづづ設計値通りの寸法
に補正しながら、数回繰り返して、レジスト膜の厚さ全
体にわたってパターンの寸法幅を適正なものとして、第
２図（ｃ）から（ｄ）に示すような、断面形状のエツジ
が垂直でシャープなパターンが得られる。

〔実施例〕

第１図は本発明の原理説明図兼第１．第２の実施例の工
程順模式断面図、第２図は本発明の作用説明図、第３回
はフォトレジストＣＣＭＳ）のＤＥＥＰ−ＵＶ光光波波
長対する吸収特性、第４図はフォトレジスト（ＳＡＬ）
のＤＥＥＰ−ＵＶ光光波波長対する吸収特性、第５図は
本発明の第３の実施例の工程順模式断面図、第６図は本
発明の第３の実施例の照射光の強度と時間の関係図であ
る。

図において、１は基板、２はフォトレジスト膜。

３は感光したフォトレジスト膜、４は電子ビーム。

５はＤＥＥＰ−ＵＶ光、６は現像液である。

先ず、！−７−線ネガレジストＣＭＳに対して１本発明
の第１．第２の実施例を適用した場合について説明する
。第１図（ａ）に示すように、基板１上にＣＭＳレジス
トを１．２μｍの厚さにスピナーにより塗布し１　ホッ
トプレート上で８０°Ｃ，１００秒のアニールを行う。

次に、電子ビーム４により、加速電圧３０ＫＶ、照射量
４．５ｘｌＯ−５Ｃ／　ｃｍ２の条件でパターン露光を
行う。続いて、露光後のポストベークをホットプレート
上で９０°Ｃ，１００秒間行う。

以上は通常のプロセスであり１次に２本発明によるＤＥ
ＥＰ−ＵＶ　（極短波長の紫外線）を用いた基板の全面
被り露光・現像工程に入る。

第３図にＣＭＳレジストの膜厚に対する各波長の光の透
過率を示す。

横軸にフォトレジスト膜厚を、縦軸に各光の波長に対す
る光の透過率を示す。例えば、　２４０ｎ−の光のばあ
いＣＭＳレジスト膜厚が９，０００人で完全に吸収され
てしまうことが、この図より分る。

この波長は、レジストの初期膜厚と９本発明で被り露光
・現像プロセスの繰り返し回数、そして。

通常のプロセスで得られるパターンに対して、どの様に
形状を改善したいかによって、最適値を選択する必要が
ある。

第２の実施例では１ｗｋり返し回数を４回とした。

被り露光を行わない通常露光の初期パターンは第２図（
ａ）に示す通りである。フォトレジスト膜２の初期の塗
布膜厚さ、１．２μｍに対して、被り露光の繰り返し回
数を４回と設定したので１１回の被り露光で、　３，０
００人の膜圧範囲を感光するように制御する。そのため
、第３回より、露光に用いる光の波長として２１０ｎｍ
を選択した。

第１図（ｂ）に示すように、　２１０ｎ…の光源を用い
、８ｍＪ／ｃ■２の強度で、基板全面の最初の被り露光
を行う。

次に、第１図（ｃ）に示すように、ＣＭＳ用の現像液（
アセトンとイソプロピルアルコールが４：１の割合）を
用いて、０．５秒の現像を行う。

この場合、フォトレジスト膜の上部、３，０００人の未
感光部が除去される。続いて、リンス液（イソプロピル
アルコール）により３秒間のリンスヲ行った後、高回転
のスピン乾燥により、基板のウェハーの乾燥を行う。

第１図（ｄ）に示すように、再び、　２１０ｎｍの光源
を用い＋６ｍＪ／ｃｓａ”の強度で、基板全面の第２回
目の被り露光を行う。

次に７第１図（ｅ）に示すように、ＣＭＳ用の現像液を
用いて、０．５秒の現像を行う。この場合。

更に、フォトレジスト膜の上部、３，０００人の未感光
部が除去される。続いて、リンス液により３秒間のリン
スを行った後、高回転のスピン乾燥により。

基板のウェハーの乾燥を行う。

第１図（ｆ）に示すように、再び、　２１０ｎｍの光源
を用い、　　４　ｍ　Ｊ　／ｃπ２の強度で、基板全面
の被り露光を行う。

次に、第１図（ｇ）に示すように、ＣＭＳ用の現像液を
用いて、０．５秒の現像を行う。この場合。

更に、フォトレジスト膜の上部、３，０００人の未感光
部が除去される。続いて１　リンス液により３秒間のリ
ンスを行った後、高回転のスピン乾燥により。

基板のウェハーの乾燥を行う。

第１図（ｈ）に示すように、再び、　２１０ｎｍの光源
を用い、　　２ｍ　Ｊ　７ｃｍ２の強度で、基板全面の
被り露光を行う。

次に、第１図（ｉ）に示すように、ＣＭＳ用の現像液を
用いて、１０秒間の現像を行う。この場合。

全ての現像が終了し、オーバー現像がかかる。

更に、フォトレジスト膜の上部、　３．０００人の未感
光部が除去される。続いて、リンス液により１０秒間の
リンスを行った後、高回転のスピン乾燥により、基板の
ウェハーの乾燥を行う。これで、パターンの形成は終了
し、出来上がりパターンは第２図（Ｃ）に示すように、
フォトレジスト膜２の深さ方向の寸法精度の均一性が非
常に良好なものが得られる。

次に、電子線ネガレジス）ＳＡＬに対して１本発明の第
１．第２の実施例を適用した場合について説明する。

第１図（ａ）に示すように、基板１上にＳＡＬレジスト
を１．５μｍの厚さにスピナーにより塗布し、ホットプ
レート上で８０°Ｃ，１００秒のアニールを行う。次に
、電子ビーム４により、加速電圧３０ＫＶ。

照射量１．２ｘｌＯ−’　Ｃ／ｃｍ”の条件でパターン
露光を行う。続いて、露光後のポストベークをホントプ
レート上で９６℃、１００秒間行う。

以上は通常のプロセスであり１次に９本発明によるＤＥ
ＥＰ−ＵＶを用いた基板の全面被り露光・現像工程に入
る。

第４図にＳＡＬレジストの膜厚に対する各波長の光の透
過率を示す。

横軸にフォトレジスト膜厚を、縦軸に波光の波長に対す
る光の透過率を示す。例えば、　２４４ｎｍの光の場合
、ＳＡＬレジストＩＩ厚が　１．２μｍで完全に吸収さ
れてしまうことが、この図より分る。

第２の実施例では、繰り返し回数を３回とした。

被り露光を行わない通常露光の初期パターンは第２図（
ａ）に示す通りである。フォトレジスト膜２の初期の塗
布膜厚さ、１．５μｍに対して、被り露光の繰り返し回
数を３回と設定したので、１回の被り露光で、　５，０
００人の膜圧範囲を感光するように制御する。そのため
、第３図より、露光に用いる光の波長として２３Ｂｎｏ
＋を選択した。

第１図（ｂ）に示すように、　２３８ｎｍの光源を用い
、　３００ｍ　Ｊ　／ｃ■２の強度で、基板全面の最初
の被り露光を行う。

次に、第１図（ｃ）に示すように、ＳＡＬ用の現像液（
テトラメチルアンモニウムハンドライト水溶液）を用い
て、１２秒の現像を行う。この場合。

フォトレジスト膜の上部、５，０００人の未感光部が除
去される。続いて、リンス液（純水）により３秒間のリ
ンスを行った後、高回転のスピン乾燥により、基板のウ
ェハーの乾燥を行う。

第１図（ｄ）に示すように、再び、　２３８ｎｒｒｌの
光源を用い、　２００　ｍ　Ｊ　／ｃｍ２の強度で、基
板全面の第２回目の被り露光を行う。

次に、第１図（ｅ）に示すように、ＳＡＬ用の現像液を
用いて、１２秒の現像を行う。この場合。

更に、フォトレジスト膜の上部、５，０００人の未感光
部が除去される。続いて、リンス液により３秒間のリン
スを行った後、高回転のスピン乾燥により。

基板のウェハーの乾燥を行う。

第１図（ｈ）に示すように、再び、　２３８ｎｍの光源
を用い、　２００ｍ　Ｊ　７ｃｍ”の強度で、基板全面
の被り露光を行う。

次に、第１図（ｉ）に示すように、ＳＡＬ用の現像液を
用いて、３００秒の現像を行う。この場合。

全ての現像が終了し、オーバー現像がかかる。

更に、フォトレジスト膜の上部、３，０００人の未感光
部が除去される。続いて、リンス液により１０秒間のリ
ンスを行った後、高回転のスピン乾燥により、基板のウ
ェハーの乾燥を行う。これで、パターンの形成は終了し
、出来上がりパターンは第２図（ｃ）に示すように、第
１の実施例と同様に。

フォトレジスト膜２の深さ方向の寸法精度の均一性が非
常に良好なものが得られる。

次に、電子線レジスｌ−３ＡＬに対して適用する波長の
光に現像液が吸収を示さない場合の本発明の第３の実施
例について説明する。

先ず、第５図（ａ）に示すように、基板１上にＳＡＬレ
ジストを１．５μｍの厚さにスピナーにより塗布し、ホ
ットプレート上で８０°Ｃ，１００秒のアニールを行う
。

次に、Ｔｌ子ビーム４により、加速電圧３０ＫｅＶ。

照射量１２μＣ／ｃ■２の条件でパターン露光を行う。

続いて、露光後のポストベークをホットプレート上で９
６°Ｃ，１００秒間行う。

以上は通常のプロセスであり１次に本発明によるＤＥＥ
Ｐ−ＩＪＶを用いた基板１の全面被り露光・現像工程に
入る。

照射する光の波長は２３４ｒ＋ｍを用い、この波長にお
いては吸収深さが３，０００人であり、現像液として用
いるテトラアンモニアハイドライド水溶液には殆ど吸収
されない。

第５図（ｂ）に示すように、第３の実施例では現像液を
滴下しながら、　　１００ｍＷ〜３０ｍＷ／ｃｍ”の強
度の光照射を行ないつつ、３０秒間の現像を行う。

光照射の際に、照射光の強度は、第６図に照射光の強度
と時間の関係図で示すように、　　１００ｍＷから３０
ｍへと１時間に応してリニアに変化させた。

３０秒後には、レジストは３，０００人程０残っており
、これ以降の照射はレジストボトム部の被りを生ずるた
めその時点で照射を停止する。

この後、第５図（Ｃ）に示すように、光の照射を止めて
２８０秒間の追加現像を行なう。

このようにして得られたパターンは、第５図（ｄ）に示
すように、深さ方向に寸法精度の均一性が非常に良好な
ものとなる。

〔発明の効果］ 以上説明したように１本発明によれば、フォトレジスト
膜の断面形状を大きく改善する事が可能となる。

特に、電子線レジストの場合には、パターン塗り潰し面
積の関係から、配線やゲートパターンの形成工程の際に
は、ネガレジストを用いることが多い。

ドライエツチングの普及によって、レジストに対するダ
メージは非常に大きく、そのため、被加工材料のエツチ
ング時の加工寸法精度は５フオトレジストの断面形状は
、エツジが如何に垂直な。

シャープな良好パターンが得られるかに大きく依存して
いる。

加工精度の向上により、半導体素子の一層の微細化、高
集積化に貢献する所が大きく、また、従来素子の製造プ
ロセスにおいて、より一層のプロセスマージンの確保を
通じて、信輔性の向上にも大きく寄与できるものである
。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の第１．第２の実施例の工程順模式断面
図。 第２図は本発明の作用説明図 第３図はフォトレジストＣＣＭＳ）のＤＥＥＰ−ＵＶ光
光波波長対する吸収特性。 第４図はフォトレジストＣ３ＡＬ）のＤＥＥＰ−ＵＶ光
光波波長対する吸収特性。 第５図は本発明の第３の実施例の工程順模式断面図。 第６図は本発明の第３の実施例の照射光の強度と時間の
関係図 である。 図において。 １は基板、　　　　　　２はフォトレジスト膜。 ３は感光したフォトレジスト膜。 ４は電子ビーム、　　　５はＤＥＥＰ−ＵＶ光６は現像
液 第１図 （α）ＣＣ） 本元明の作用説明図 第２図 卿Ｑ剰−紳メ

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １）被処理基板（１）に塗布したフォトレジスト膜（２
   ）に対して選択的な第１の露光を行ない、露光パターン
   を形成する第１の工程と、 該露光パターンの周辺部のみを、表面から厚膜方向に一
   部硬化させるように該フォトレジスト膜（２）の全面に
   対する第２の露光を行うことで、該露光パターンを部分
   的に太らせる第２の工程と、未硬化状態の該フォトレジ
   スト膜（２）を、表面から膜厚方向に一部除去する第３
   の工程とを有することを特徴とする半導体装置の製造方
   法。 ２）前記第２の工程と前記第３の工程とを複数回繰り返
   して行うことを特徴とする請求項１記載の半導体装置の
   製造方法。 ３）前記第２の工程と同時に、前記第２の露光に用いる
   波長の光に対して、吸収を示さないような現像液を用い
   て前記第３の工程を行うことを特徴とする請求項１記載
   の半導体装置の製造方法。