JPH05136033A

JPH05136033A - パターン形成方法及びその装置

Info

Publication number: JPH05136033A
Application number: JP3297025A
Authority: JP
Inventors: Toshiyuki Yoshimura; 俊之吉村; Shinichiro Kimura; 紳一郎木村; Kazunori Tsujimoto; 和典辻本; Natsuki Yokoyama; 夏樹横山; Masaru Hisamoto; 大久本; Hideyuki Matsuoka; 秀行松岡; Kazunari Torii; 和功鳥居; Hiromasa Noda; 浩正野田
Original assignee: Hitachi Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd
Priority date: 1991-11-13
Filing date: 1991-11-13
Publication date: 1993-06-01

Abstract

(57)【要約】【目的】複雑な計算機処理を行なわずに近接効果を簡便
に低減するパターン形成方法及びパターン形成装置を提
供する。【構成】基板１上のネガ型電子線レジスト２にエネルギ
線（電子線３）を照射した後に、一旦、現像を行ないパ
ターンを形成する。その後、再び、ネガ型電子線レジス
ト２′を塗布し、再び電子線３′を照射して現像によっ
てパターンを形成する。パターンにより、これらの処理
を繰り返す。【効果】レジスト内の蓄積エネルギが実効的に低減され
るため、複雑な計算機処理を行なわずに近接効果を補正
することができる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明はパターン形成方法及びそ
れを実現するためのパターン形成装置に係り、特に、複
雑な計算機処理を行なわずに近接効果を低減するパター
ン形成方法及びパターン形成装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】半導体素子の集積化が進むとともに、微
細加工への要求が強くなっている。解像すべきパターン
の各々の大きさが微細化すると共に、パターンの密度も
上昇している。即ち、パターン間の距離はますます短く
なる傾向にある。従来より、パターン（例えば配線パタ
ーン）を形成する際、まずエネルギ線（たとえば可視光
や電子線）に感応するレジスト材料に、選択的にエネル
ギ線を照射した後に現像処理を行ない、レジストパター
ンを形成することが必要であった。一般にレジストパタ
ーンは蓄積エネルギのあるしきい値を境に形成される。
ここで現像後のパターン形成にあたり、寸法制御性向上
のためには、レジスト内に蓄積されるエネルギの位置に
よる強度比、いわゆるコントラストが明瞭であることが
重要となる。

【０００３】ところで、上述のようにパターン密度が上
昇すると次の問題が生じるようになった。エネルギ線を
選択的にレジストに照射する際、レジスト内でエネルギ
粒子（光子や電子）が回折や散乱を受けてパターンの間
の領域も実効的に照射されエネルギが蓄積されるという
問題である。このため上述の蓄積エネルギのコントラス
トが不明瞭になってしまう。一般に近接効果と呼ばれる
この現象は、今後集積化が進行する中で非常に重要な課
題である。

【０００４】たとえば電子線の場合、ある一点に電子線
が照射されると、図２に示すようにレジスト内に蓄積さ
れるエネルギ量は広がりを持つことが知られている。こ
こで横軸は電子線が照射された点からの距離であり、縦
軸はある深さにおけるレジスト内のエネルギ蓄積量であ
る。このようにエネルギ蓄積量は照射点からの距離の関
数となり、近似的に二つのガウス分布の重ね合わせの形
を取ることが知られている。このうち広がりの小さい部
分は電子がレジスト内で散乱される部分であり前方散乱
と呼ばれ、広がりの大きい部分は電子が下地基板から散
乱された部分であり後方散乱と呼ばれる。前者はレベル
は高いが狭い分布であり、逆に後者はレベルは低いが広
く分布している。

【０００５】このため一般に任意の形状に電子線が照射
された場合、図３に示すようにパターンの間の部分にも
実効的にエネルギ蓄積が生じることになる。もし、ここ
でこの近接効果に対して補正を行わなければ、所望のパ
ターンを解像することができない。これまで近接効果を
低減するための方法として主に計算機処理による照射パ
ターンの補正が行われてきた。例えばジャーナルオブ
アプライドフィジックス第５０巻（１９７９
年）４３７１頁から４３７７頁まで（J. Appl.Phys. ５
０，４３７１−４３７７（１９７９).）に記述されてい
るように、すべての照射領域にわたり電子線照射によっ
て生じたレジスト内でのエネルギ蓄積量を計算するとい
う方法がある。これは数値計算によって、目的のパター
ン形成にとり最適なエネルギ蓄積となるように電子線の
照射量及び照射領域を補正する考え方である。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】しかし、上記従来技術
ではすべての電子線照射領域にわたり計算を行う必要が
あり、パターンが複雑になった際には計算が複雑にな
り、補正が困難という問題があった。

【０００７】本発明の目的は、従来技術と比較してより
容易な近接効果補正法及びパターンを形成するための装
置を提供することにある。

【０００８】

【課題を解決するための手段】上記の課題は、基板上に
設置されたエネルギ線に対して感応性を有するレジスト
等の材料に、エネルギ線を選択的に照射した後に現像処
理を行ないパターンを得るパターン形成方法において、
エネルギ線を選択的に複数回照射し、複数回照射の間に
パターン形成部以外の領域でのパターン形成反応を低減
させる工程を行なうことにより実現する。

【０００９】また、基板上に設置されたエネルギ線に対
して感応性をもつ材料に、エネルギ線を選択的に照射し
た後に現像処理を行ないパターンを得るパターン形成を
行うにあたり、エネルギ線を選択的に照射する装置に、
パターン形成部以外の領域でのパターン形成反応を低減
させる工程を行なうための処理装置が一体化されてお
り、基板が搬送系により該装置間を搬送されるパターン
形成装置を用いることにより、効率良くパターンを形成
することができる。

【００１０】

【作用】ここではパターンを形成するためのエネルギ線
として電子線を用いる場合を例にして説明する。

【００１１】簡単のために対象パターンをドットとし、
ドットの一次元配列を例として考える。エネルギ蓄積量
についてはレジストと下地基板との界面での場合につい
て考慮すれば良い。ある点におけるエネルギ蓄積量は周
辺の照射によって得られたエネルギ蓄積量の合計であ
る。そこで図４に示すようにドット間の間隔が広い場合
には、ドットの間にある点Ａにおけるレジスト中のエネ
ルギ蓄積量は、レベルの低い後方散乱のみが寄与し合計
として小さい。即ち、近接効果の影響はほとんど無視す
ることができる。しかし、図５に示すように、ドット間
の間隔が狭くなると、ドットの間にある点Ａにおけるレ
ジスト中のエネルギ蓄積量は、近接する照射点からのレ
ベルの高い前方散乱の寄与が大きくなり、かつ、後方散
乱の影響も増大して、合計としてのエネルギ蓄積量が大
きく近接効果の影響が大きい。

【００１２】そこで近接効果の実効的な低減のために次
のように考える。上記の近接効果は同一のレジストに一
度に照射したために生じたものである。そこで図５と同
じ配置とするために、図６(ａ)と図６(ｂ)のように分割
して電子線を複数回照射する。そして、各々の照射の間
にパターン形成部以外の領域でのパターン形成反応の低
減を行なえばよい。例えば、図６(ａ)と図６(ｂ)の照射
を異なるレジストにすれば、近接部からの電子散乱の寄
与が一度の照射と比較して抑制される。このため、図５
中のＡと比較して同一の点Ｂにおける蓄積エネルギ量を
低減することができる。このようにして近接効果を抑制
した照射が可能となる。

【００１３】実際に電子線の複数回照射を行うには次の
ようにすればよい。まず図６(ａ)で示される照射を行な
い、ここで現像処理等によって図７(ａ)に示されるよう
にパターンを形成する。その後、再びレジストを塗布等
によって基板上に設置し、図７(ｂ)に示されるように図
６(ｂ)に相当するパターンを照射する。その後、現像処
理等によって図７(ｃ)に示されるようなパターンを得
る。ここで、一旦パターンを形成したレジスト上に再び
レジストを設置した際、パターン形状が劣化する可能性
がある。しかし、形成パターン部のゲル化が十分に進行
していればパターンの劣化は抑制される。このようにし
て複雑な計算機処理を要しない実効的な近接効果の抑制
が可能となる。

【００１４】また、各々の照射の間にパターン形成部以
外の領域でのパターン形成反応の低減を行なうにあた
り、パターン形成反応の要素となる物質の濃度を低減さ
せることであってもよい。

【００１５】

【実施例】以下、実施例を用いて本発明を詳細に説明す
る。

【００１６】（実施例１）本実施例では、特に電子線を
用いる場合について図１を用いて説明する。

【００１７】シリコン等の基板１上にネガ型電子線レジ
スト２を塗布した。ここでゲル化が低電子線照射量で生
じるものが望ましい。ここではたとえば化学増幅系レジ
スト（商品名：ＳＡＬ６０１−ＥＲ７，シップレイ社）
を０.３μｍの厚さでスピン塗布した。図１(ａ)に示す
ように、第一の電子線３の照射を行ない０.１μｍパタ
ーンの潜像４を形成した。ここで電子線照射量は１０μ
Ｃ／cm²である。その後、１１０℃二分間のホットプレ
ートベークを行なった後に、専用現像液（通常テトラメ
チルハイドロオキサイド（ＴＭＡＨ）溶液）で三分間静
止現像することによって図１(ｂ)に示すようにピッチ
０.３μｍの径０.１μｍのドットパターンを得た。

【００１８】その後、再び、ネガ型電子線レジスト２′
を０.３μｍの厚さでスピン塗布した。そして図１(ｃ)
に示すように第二の電子線３′の照射を行ない０.１μ
ｍパターンの潜像４′を形成した。ここで電子線照射
量は１０μＣ／cm²である。その後、１１０℃二分間の
ホットプレートベークを行なった後に、専用現像液で三
分間静止現像することによって図１(ｄ)に示すようにピ
ッチ０.１５μｍの径０.１μｍのドットパターンを得
た。ここで得られたパターンは、これまで一回の描画で
は近接効果のために得ることができなかったものであ
る。また、出来上がりパターンの寸法精度も高かった。
なお、ここで第一の照射と第二の照射の間の位置関係に
ついては、基板１上に形成された位置合わせ用のマーク
パターンを用いることによって両者の位置精度を向上さ
せている。即ち、マークパターンを電子線照射し、そこ
から放射される二次電子あるいは反射電子を検出するこ
とによって、パターン照射すべき位置を正確に決定す
る。

【００１９】ここで電子線照射量として１０μＣ／cm²
を用いたが、それに限らないことはいうまでもない。ポ
ジ型電子線レジスト、例えばＰＭＭＡ（ポリメチルメタ
クリレート）についても同様の結果が得られた。またパ
ターンの大きさとレジストの膜厚は相関があり、より微
細なパターンを得るためにはレジスト膜厚を薄くすれば
良い。レジストの膜厚を今回は０.３μｍとしている
が、これに限らない。

【００２０】また、本実施例ではネガ型レジストあるい
はポジ型レジストを複数回塗布することについて説明し
たが、照射パターンにより複数回塗布するレジストにつ
いてネガ型レジスト，ポジ型レジストの組合せを使用す
ることもできる。

【００２１】（実施例２）上記の実施例では電子線照射
を二回に分割する複数回照射を行なっているが、パター
ンの密度により分割数を増やすことができる。分割数を
三回と増やすことによって、ピッチ０.１２μｍの径
０.１μｍのドットパターンを得た。分割数を更に増や
すことによって、より高密度のパターン形成を簡便に行
なうことが可能となった。

【００２２】（実施例３）レジスト材料によってはパタ
ーン形成にあたり、電子線の照射によりパターン反応を
促進する触媒となる物質を生成する化学増幅系レジスト
と呼ばれるものがある。ここではたとえばネガ型レジス
ト（商品名：ＳＡＬ６０１−ＥＲ７，シップレイ社）を
例にとる。本レジストは電子線の照射により水素イオン
（陽子）を発生する。電子線照射後のベーキングによ
り、レジスト中に含まれる架橋材が反応して樹脂の高分
子化が進行しパターンが形成される。この際に水素イオ
ンは架橋反応の触媒として作用する。即ち、電子線が照
射された領域に選択的に水素イオンが発生するために、
その部分で樹脂の架橋反応が進行するためにネガ型のパ
ターンが形成される。ここでパターン形成部以外の領域
にも実効的に電子線が照射されるために、その部分にも
電子線照射量に応じた水素イオンが微量ながらも生成さ
れ、これが近接効果の要因となる。

【００２３】そこで上記の実施例のように電子線の照射
を複数回に行ない、各々の照射の間にパターン形成部以
外の領域に生成した水素イオンの濃度を低減すれば、電
子線照射後のベーキング時の架橋反応が抑制されるた
め、近接効果を低減することができる。

【００２４】ここでは化学的に水素イオン濃度を低減さ
せる方法について述べる。通常、現像液にはテトラメチ
ルハイドロオキサイド(ＴＭＡＨ）の希釈アルカリ溶液
(約２％）を用いる。ここでは電子線照射後のベーキン
グ前に、ＴＭＡＨの極薄希釈溶液に基板全体を浸す。こ
こでＴＭＡＨ溶液濃度はパターン形成のための濃度に比
べて低いため、レジストを溶解せずに単にレジスト中へ
浸透していくに過ぎない。ＴＭＡＨ中には水酸イオンが
含まれるため、水素イオンと結合して水(Ｈ₂Ｏ）を生成
する。このためにレジスト中の水素イオン濃度は全体と
して低下する。

【００２５】この際、パターン形成部は電子線照射量が
大きいため元々存在する水素イオン濃度が高く、パター
ン形成における水素イオン濃度の低下は効果が小さい。
しかし、パターン形成部以外の領域については生成した
水素イオンの濃度は元々が小さいために、この処理の影
響は大きく近接効果の抑制のために十分である。

【００２６】図８を用いて具体的に説明する。図８(ａ)
のようにシリコン等の基板１上に化学増幅系レジスト９
を０.３μｍの厚さでスピン塗布した後に、０.１μｍ
パターン形成のための第一の電子線３の照射を行なう。
ここで電子線照射量は１０μＣ／cm²である。この電子
線照射によりパターン形成部には多量の水素イオン１０
が生成され、一方、パターン形成部以外の領域において
も電子線の散乱により少量の水素イオン１０が生成され
る。その後、０.０１％のＴＭＡＨ溶液に基板全体を１
０分間浸した。これにより、図８(ｂ)に示すようにレジ
スト全体の水素イオン濃度が低下した。

【００２７】その後、図８(ｃ)に示すように０.１μｍ
パターン形成のための第二の電子線３′の照射を行なっ
た。ここで電子線照射量は１０μＣ／cm²である。この
電子線照射により、再び、パターン形成部には多量の水
素イオン１０が生成され、一方パターン形成部以外の領
域でも電子線の散乱により少量の水素イオン１０が生成
される。ここでパターン形成部以外の領域における水素
イオン１０の濃度低減のために、０.０１％のＴＭＡＨ
溶液に基板全体を１０分間浸した。この処理は省略して
もよい。その後、１１０℃で二分間のホットプレートベ
ークを行なった後に、約２％のＴＭＡＨ溶液にて三分間
静止現像することによって、図８(ｄ)に示すようなピッ
チ０.１５μｍのドットパターンを得た。

【００２８】ここではネガ型レジストについてのみ述べ
たが、ポジ型レジストについても同様の結果が得られ
た。

【００２９】また上記の実施例では電子線照射を二回に
分割する複数回照射を行なっているが、パターンの密度
により分割数を増やすことができる。分割数を三回と増
やすことによって、ピッチ０.１２μｍの径０.１μｍ
のドットパターンを得た。分割数を更に増やすことによ
って、より高密度のパターン形成を簡便に行なうことが
可能となった。

【００３０】上記の例では、極薄希釈現像液を用いるこ
とによって水素イオン濃度の低下を行なったが、基板全
体に可視光，紫外線あるいはＸ線を照射することによっ
ても同様の効果が得られた。

【００３１】（実施例４）上記の実施例３においては水
素イオン濃度の低減を化学的に行なうことについて述べ
た。ここでは低減を物理的に行なう方法について述べ
る。

【００３２】基板１上に多孔質の塗布性ガラス（ＳＯ
Ｇ）１１を０.１μｍ塗布し、その上に化学増幅系レジ
スト９を０.３μｍの厚さでスピン塗布する。ここでは
ネガ型レジストについて述べる。そして図９(ａ)に示す
ように、０.１μｍパターン形成のための第一の電子線
３の照射を行なう。ここで電子線照射量は１０μＣ／cm
²である。この電子線照射によりパターン形成部には多
量の水素イオン１０が生成され、一方、パターン形成部
以外の領域にも電子線の散乱により少量の水素イオン１
０が生成される。ここで大気中で十分間放置すると、生
成された水素イオン１０は濃度差のため塗布性ガラス１
１中へと拡散する。その結果、図９(ｂ)に示すようにレ
ジスト全体の水素イオン濃度が低下した。この際、拡散
を促進するためにホットプレート上でベーキングしても
よい。ベーキング温度は架橋反応が過剰進行しないよう
な温度として約６０℃程度が望ましい。ベーキング時間
は十分間とした。

【００３３】その後、図９(ｃ)に示すように０.１μｍ
パターン形成のための第二の電子線３′を行なった。こ
こで電子線照射量は１０μＣ／cm²である。この電子線
照射により、再びパターン形成部には多量の水素イオン
１０が生成され、一方、パターン形成部以外の領域にも
電子線の散乱により少量の水素イオン１０が生成され
る。ここでパターン形成部以外の領域における水素イオ
ン低減のために、再び、大気中で十分間放置した。この
際、拡散を促進するためにホットプレート上でベーキン
グしてもよい。その後、１１０℃で二分間のホットプレ
ートベークを行なった後に、約２％のＴＭＡＨ溶液で三
分間静止現像することによって、図９(ｄ)に示すような
ピッチ０.１５μｍのドットパターンを得た。

【００３４】ここではネガ型レジストについてのみ述べ
たが、ポジ型レジストについても同様の結果が得られ
た。

【００３５】また上記の実施例では電子線照射を二回に
分割する複数回照射を行なっているが、パターンの密度
により分割数を増やすことができる。分割数を三回と増
やすことによって、ピッチ０.１２μｍの径０.１μｍ
のドットパターンを得た。分割数を更に増やすことによ
って、より高密度のパターンの形成を簡便に行なうこと
が可能となった。

【００３６】ここでは多孔質の塗布性ガラス（ＳＯＧ）
を０.１μｍの膜厚で塗布することについて述べたが、
材料はこれに限らず水素イオンが拡散しやすいものであ
ればよい。また、膜厚が０.１μｍに限らないことも言
うまでもない。

【００３７】（実施例５）上記の実施例を実現するため
に、装置の一体化を行なった。図１０に示すように、ウ
ェハは自動塗布機５でレジストが塗布されて、搬送系６
を通じて電子線描画装置７へと搬送された。自動塗布機
５にはレジスト塗布用のスピナ及びベーキング用のホッ
トプレートが設置されている。ここでパターンが描画さ
れたウェハは、搬送系６′を通じて自動現像機８へと送
られ現像された。自動現像機８にはベーキング用ホット
プレート及び現像機が設置されている。実施例１及び２
で述べた処理を行うためには、その後、再び、ウェハは
搬送系６′，６を通じて自動塗布機５へ送られレジスト
が塗布され、搬送系６を通じて電子線描画装置７へと搬
送された。ここでパターンが描画されたウェハは、搬送
系６′を通じて自動現像機８へと送られ現像された。以
降は、照射回数によりこの処理を繰り返せばよい。

【００３８】ここで自動現像機８中の現像機には現像液
濃度を極薄くしたものも接続されており、また可視光，
紫外線あるいはＸ線の照射装置が設置されており、上記
実施例３で述べた処理が可能となっている。またベーキ
ング用ホットプレートの温度は自動調整され、上記実施
例４で述べた処理が可能となっている。ウェハは搬送系
６′を通じて電子線描画装置７と自動現像機８の間を搬
送される。照射回数により前述の処理を繰り返せばよ
い。

【００３９】この方法により、近接効果を低減した高密
度の０.１μｍ以下の超微細パターンを簡便にかつ高精
度に得ることができた。

【００４０】上記の実施例ではパターンを形成するエネ
ルギ線として、電子線の場合について説明したが、同様
のことはＸ線，可視光，紫外線，イオン線，ガンマ線に
ついても効果が認められた。

【００４１】

【発明の効果】本発明により近接効果を抑制した高密度
パターン形成が可能となり、複雑な計算機処理を要せ
ず、簡便に近接効果を低減することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例を示す説明図。

【図２】レジスト中の蓄積エネルギ分布図。

【図３】レジスト断面で見た蓄積エネルギ分布図。

【図４】パターン間隔が広い場合の蓄積エネルギ分布
図。

【図５】パターン間隔が狭い場合の蓄積エネルギ分布
図。

【図６】照射を分割して行なった場合の蓄積エネルギ分
布図。

【図７】照射を分割して行なった場合のパターン形成の
様子を示す説明図。

【図８】本発明の一実施例を示す説明図。

【図９】本発明の一実施例を示す説明図。

【図１０】本発明の装置を示す説明図。

【符号の説明】

１…基板、２，２′…ネガ型電子線レジスト、３，３′
…電子線、４，４′…潜像。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者横山夏樹東京都国分寺市東恋ケ窪１丁目280番地株式会社日立製作所中央研究所内 (72)発明者久本大東京都国分寺市東恋ケ窪１丁目280番地株式会社日立製作所中央研究所内 (72)発明者松岡秀行東京都国分寺市東恋ケ窪１丁目280番地株式会社日立製作所中央研究所内 (72)発明者鳥居和功東京都国分寺市東恋ケ窪１丁目280番地株式会社日立製作所中央研究所内 (72)発明者野田浩正東京都国分寺市東恋ケ窪１丁目280番地株式会社日立製作所中央研究所内

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】基板上に設置されたエネルギ線に対して感
応性をもつ材料に、前記エネルギ線を選択的に照射した
後に現像処理を行ないパターンを得るパターン形成方法
において、前記エネルギ線を選択的に複数回照射し、前
記複数回照射の間にパターン形成部以外の領域でのパタ
ーン形成反応を低減させる工程を含むことを特徴とする
パターン形成方法。
【請求項２】請求項１において、前記パターン形成部以
外の領域でのパターン形成反応を低減させる工程が、現
像処理を行なった後に前記エネルギ線に対して感応性を
もつ材料を再び基板上に設置するパターン形成方法。
【請求項３】請求項１において、前記パターン形成部以
外の領域でのパターン形成反応を低減させる工程が、パ
ターン形成反応の要素となる物質の濃度を低減させるこ
とであるパターン形成方法。
【請求項４】請求項１において、感応性をもつ材料を基
板上に設置する方法が前記材料を塗布することであるパ
ターン形成方法。
【請求項５】請求項１において、前記エネルギ線が電子
線，Ｘ線，可視光，紫外線，イオン線またはガンマ線の
いずれかであるパターン形成方法。
【請求項６】請求項１において、前記エネルギ線を選択
的に照射した後に行なう現像処理が現像液中に基板を浸
すウェット現像処理であるパターン形成方法。
【請求項７】基板上に設置されたエネルギ線に対して感
応性をもつ材料に、前記エネルギ線を選択的に照射した
後に現像処理を行ないパターンを得るパターン形成方法
を行うにあたり、前記エネルギ線を選択的に照射する装
置に、パターン形成部以外の領域でのパターン形成反応
を低減させる工程を行なうための処理装置が一体化され
ており、基板が搬送系により前記装置間を搬送されるこ
とを特徴とするパターン形成装置。