JPS61215544A - パタ−ン形成方法 - 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】 〔技術分野〕 本発明は、パターン形成方法に関し、特に半導体装置の
製造工程におけるホトレジストパターンの形成に効果的
なパターン形成方法に関するものである。

〔背景技術〕

従来、半導体基板上に塗布されたポジ形ホトレジストを
単色光でパターニング露光すると、ホトレジスト膜内に
干渉により相対露光量の程度に強弱が生じる。この膜内
干渉はホトレジスト膜厚依存性をもつため、設定値に対
する膜厚の微小な変化に対しても最適露光時間が異なる
ことになシ、この結果ホトレジスト寸法が変化するとい
う問題点力、エレクトロンデバイス（ＥＬＥＣＴＲＯＮ
ＤＥＶＩＣＥ）Ｖｏｌ、ＥＤ−２２（１９７５）ｐｐ−
４４０ｔＦ、Ｈ，Ｄｉｌｌ“０ｐｔｉｃａｌ　Ｌｉｔｈ
ｏｇｒａ’ｐｈｙ”に指摘されている。

そこで、上記問題点に対する対策法が種々報告されてい
る。

（１）対策法の一つとして、エレクトロンデバイス（Ｅ
ＬＥＣＴＲＯＮ　　ＤＥＶＩＣＥ）Ｖｏｌ、ＥＤ−２２
（１９７５）ｐｐ、４６４　　Ｅ、Ｊ、ＷＡＬＫＥＲ″
Ｒｅ　−ｄｕｃｔｉｏｎ　ｏｆ　ｐｈｏｔｏ−ｒｅｓｉ
ｓｔ　Ｓｔａｎｄｉｎｇ　ＷａｖｅＥｆｆｅｃｔｓ　ｂ
７　Ｐｏ５ｔ　Ｅｘｐｏｓｕｒｅ　Ｂａｋｅ”に、レジ
スト膜内の干渉縞を露光後現像前のベークにょシ拡散さ
せることが報告されているが、これによると、プリベー
ク５０℃、露光後現像前ベーク１ｏ。

℃とすると従来のレジスト寸法のばらつきの２／３にな
るが、プリベーク温度が低すぎてレジストが安定しない
という問題がある。そこで本発明者は、プリベーク７０
℃以上にすると、レジスト膜内の干渉縞はなくなるが、
レジスト寸法のばらつきは従来のレジスト寸法ばらつき
の４／５程度しか低減しないことが判った。要するにレ
ジスト寸法のばらつき対策としては不十分である。

（２）　　対策法の他の一つとして、コダックセミナー
゛８３プロシーディング（Ｋｏｄａｋ　Ｓｅｍ１ｎａｒ
　’８３Ｐｒｏｃｅｅｄｉｎｇｓ　）　ｐｐ、ｓｏ　Ｗ
、Ｈ，Ａｒｎｏｌｄ他“Ｈｉｇｈ−Ｒｅｓｏｌｕｔｉｏ
ｎ　０ｐｔｉｃａｌ　Ｌｉｔｈｏｇｒａｐｈ７　Ｕｓｉ
ｎｇ　ａｎＯｐｔｉｍｉｚｅｄ　Ｓｉｎｇｌｅ　Ｐｒｏ
ｃｅｓｓ”では、単色光ではなく２波長を用いて露光（
ｇ線とｈ線）する方法が報告されている。

しかし、この方法では２つの波長の膜内干渉強度の強弱
がうまく逆転しレジスト寸法が一定となるレジストの膜
厚範囲が限定され、任意の膜厚が得られない。従ってレ
ジスト寸法が変化しないのは一部の膜厚範囲にのみ限ら
れ、その他の膜厚部分ではレジスト寸法は変化する（ば
らつきを生ずる）し、場合によりてはレジスト寸法が大
きく変化する。また２波長露光用レンズの設計が難しく
解像度、焦点一致がとシづらく微細化パターンの形成に
不向きであるということが判った。

（３）更に対策法の他の一つとして、第４５回名物講演
会（“８４秋）予稿集１２　ａ　−Ｔ−４Ｐ９゜２４２
　河合他“バイアス露光によるレジスト感光量の均一化
”ではパターン露光とは別にパターン露光に用いた波長
とは異なる波長の光源を用いて全面露光処理を施すこと
によシ定在波を低減させる方法が報告されている。

しかし、この場合も２つの波長の膜内干渉強度の強弱が
うまく逆転しレジスト寸法が一定となるレジストの膜厚
範囲が限定されてしまい、その範囲外の部分ではレジス
ト寸法が変化し、場合によってレジスト寸法が大きく変
化したりする。

以上のように、いずれの対策法を用いても従来の問題点
である定在波効果にもとづくホトレジスト寸法の変化を
低減させホトレジスト寸法を均一にすることができない
。

〔発明の目的〕

本発明の目的は、基板上のホトレジストに対するバター
ニング露光によシ生ずる定在波効果を低減させ、ホトレ
ジスト寸法のばらつきを著しく低減させホトレジスト寸
法の均一化を図るようにしたパターン形成方法を提供す
ることにある。

また本発明の他の目的は、多層レジストヲ用いず、単層
レジストプロセスで容易に、しかもコスト安に寸法精度
の高いレジストパターンの形成全可能ならしめるパター
ン形成方法を提供することにある。

本発明の前記ならびにそのほかの目的と新規な特徴は、
本明細書の記述および添付図面からあきらかになるであ
ろう。

〔発明の概要〕

本願において開示される発明のうち代表的なものの概ｉ
ｔ簡単に説明すれば、下記のとおりである。

すなわち、半導体基板上にレジストパターンを形成する
に際し、前記半導体基板上にポジ形ホトレジストを塗布
しこれをプリベークし、次にパターニング露光を行ない
、更に前記パターニング露光された露光部以外の非露光
部の膜減りを起さず、かつ前記露光部中の低露光部を感
光させてなくせるだけの露光量、たとえば前記非露光部
が膜減シしない最大露光量で、全面を多波長露光し、次
に現像を行なうことにより、前記パターニング露光によ
って生ずる定在波効果を低減させ、ホトレジスト寸法の
ばらつきを著しく低減させ、ホトレジスト寸法の均一化
を達成すると共に、寸法精度の高いレジストパターンを
単層レジストプロセスで容易にかつ安価に形成できるも
のである。

〔実施例〕

第１図は本発明によるパターン形成方法の一実施例を示
すプロセス７０−説明図、第２図〜第５図は本発明によ
るパターン形成方法の一実施例を示す簡略要部工程断面
図、第６図は全面多波長露光のための最適露光量を説明
するための特性図である。ここでは基板として半導体基
板を用い、半導体装置製造プロセスにおけるパターニン
グ（たとえばＡｌ配線形成のためのパターニング等）に
例をとシ以下本発明を第１図〜第６図を用いて説明する
。

たとえば、上面にＡノ蒸着膜が形成された半導体基板上
に、形成すべきＡＩ配線パターンに合せたレジストパタ
ーンを形成するには第１図の如き製造プロセスによる。

第１図においてブロック１は、ホトレジスト塗布・ブリ
ベーク工程を示し、ブロック２はパターニング露光工程
を示し、ブロック３は全面多波長露光工程を示し、ブロ
ック４は現像・ポストベーク工程を示している。この製
造プロスに従ってレジストパターンの形成を説明する。

先ず、第２図に示すように半導体基板５（ここでは表面
側には絶縁膜を介してＡＩ蒸着膜が形成されているもの
とする）上にポジ形ホトレジスト６を塗布し、次にたと
えば９０〜１０５℃で通常のプリベークを行なう。

次に通常の方法で露光装置によシマスフ（ホトマスクや
レチクル）パターンを通してバターニング露光を行なう
。これにより第３図に示す如くホトレジスト６は露光部
６ａと非露光部６ｂに分けられる。そして露光部６ａ中
には低露光部６ａ’が形成される。この低露光部６ａ’
　は露光時に露光部６ａでの膜内干渉によりて生じるも
の、即ち定在波効果によシ生じるものである。

そしてホトレジスト６の露光部６ａは非露光部６ｂに比
べ感光波長の透過率が数倍（１，３〜１．５倍）高く、
しかも露光部６ａでは低露光部６ａ’を除いて高透過率
となり、更に露光部６ａ中の低露光部６ａ’全体の厚さ
としてはホトレジスト６の膜厚の１／４以下と薄い。こ
のため第６図の非露光部６ｂの感度曲線ａ、低露光部６
ａ’の感度曲線すから判るように、ホトレジスト６の非
露光部６ｂが膜減シを起さず（非露部６ｂが膜減シし危
い最大露光量Ｅ、以下）、かつ低露光部６ａ’をなくせ
るだけの（Ｅ０′　　以上）の露光量、即ち最適露光量
の範囲（Ｅ６’〜Ｅｔ　）で全面露光すれば、通常の露
光量（パターニング露光時の露光量）のｌ／１５以下の
照射量でもって、露光部６ａの低露光部６ａ’　は十分
に感光すると共に、非露光部６ｂは膜減シを起さない。

そこで、次に前記最適露光量の範囲（Ｅｏ’〜Ｅ１）、
たとえば最大露光量Ｅ、で、前述したパターニング露光
波長を含む広範囲なレジスト感光波長で再度半導体基板
５上を全面多波長露光する。

なお、全面多波長露光の波長としてはパターニング露光
波長を含まなくてもよい。しかし全面多波長露光の波長
としては少なくとも２波長以上であればよいが、できる
だけ多くの波長（広範囲の波長）を用いる方が容易に膜
内干渉強度の大きさを一様にすることができ効果的であ
る。また全面多波長露光では、露光のためにレンズ系は
不要であるため、微細化パターンの形成には好適である
。

この全面多波長露光によシ第４図の如く低露光部６ｍ’
は十分に感光されてなくなり、露光部６ａ全体が完全に
露光され、非露光部６ｂとの境界も図示の如く直線状と
なる。

次に現像を行なうことにより、第５図の如くホトレジス
ト６の寸法のばらつきはなくなりホトレジスト寸法が均
一化される。

更にこの後ポストベークヲ九とえば約１１０℃で行ない
、マスクパターン通シのレジストパターンが得られる。

この後、残ったホトレジスト６をマスクとじて下地部材
に対しエツチング処理をした後、このホトレジスト６を
はく離すれば、レジストパターン通シのパターンが下地
部材、ここではＡノ蒸着膜に形成される（ＡＪ配線パタ
ーンが形成される）。

以上のように、パターニング露光後のホトレジスト６の
露光部６ａ、非露光部６ｂの感光波長域での透過率の差
（露光部６ａは非露光部６ｂに比べて、その透過率が数
倍高い）″１利用し、広範囲なレジスト感光波長を用い
て、しかも非露光部６ｂが膜減シを起さず、低露光部６
ａ’　を十分に感光させてなくせるだけの露光量（ＥＯ
’〜Ｅ１）、たとえば非露光部６ｂが膜減りしない最大
露光量Ｅ１で半導体基板５上を全面照射することで、定
在波効果を著しく低減させることができ、ホトレジスト
寸法の変動（ばらつき）を著しく低減させ、ホトレジス
ト寸法を均一化できる。これにより寸法精度の高いレジ
ストパターンを多層レジスト方法（多層レジストプロセ
ス）を用いずに単層レジストプロセスで容易に、かつ安
価に形成することができる。そしてレジストパターン寸
法の高精度化により半導体基板上に形成すべき部材のパ
ターン（たとえばＡＩ配線パターンなど）の精度も向上
させることができる。

〔効果〕

（１）全面多波長露光によシ、露光部での膜内干渉強度
の大きさを一様にできると共に、パターニング露光によ
り生じた低露光部を非露光部の膜減りを起さずに十分に
感光させてなくすことができ、もって定在波効果を著し
く低減させることができ、ホトレジスト寸法の変動（ば
らつき）を著しく低減させホトレジスト寸法を均一化で
きる。

（２）寸法精度の高いレジストパターンを単層レジスト
プロセスで容易にかつ安価に形成することができる。

（３）レジストパターン寸法の高精度化により形成すべ
き下地部材のパターンの精度も向上させることができる
。

（４）ダイナミックＲＡＭやスタティックＲＡＭやＥＦ
ＲＯＭなどの半導体装置の製造プロセスにおいて、微細
化パターンの形成に効果的である。

以上本発明者によってなされた発明を実施例にもとづき
具体的に説明したが、本発明は上記実施例に限定される
ものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で株々変更可
能であることはいうまでもない。たとえば、現像後にポ
ストベークを行なりているが、全面多波長露光と同時に
、又は全面多波長露光後（現像前）にポストベークを行
なりてもよい。この場合、たとえば半導体基板５の載量
台に加熱装置を内蔵させておき加熱時は基板全体の温度
が所定のポストベーク温度に保持できるように制御され
ることはもちろんであり、また場合によってはプリベー
ク温度とポストベーク温度との関係も予め調整すること
も必要となる。たとえばプリベーク温度約７０℃、ポス
トベーク温度約１１０℃といった具合である。特に全面
多波長露光と同時に高温（たとえば１１０’Ｃ）のポス
トベークを行なう場合には分解、未分解の感光基を拡散
させながら露光できるので、露光部６ａでの定在波効果
をよシ一層低減させることもできる。

ポジ形ホトレジスト６を用いた場合について説明したが
、ネガ形ホトレジストを用いた場合でも同様のことがい
える。しかし、この場合には、全面多波長露光工程にお
ける所定の露光量（最適露光量）としては、バターニン
グ露光された露光部以外の非露光部が不溶化し始めず、
かつ前記露光部中の低露光部を感光させて不溶化させる
だけの露光量を用いればよい。

〔利用分野〕

以上の説明では主として本発明者によってなされた発明
をその背景となった利用分野である半導体装置の製造プ
ロセス（九とえばＡ／配線パターンの形成）に適用した
場合について説明したが、それに限定されるものではな
く、一般に基板上にパターン（特に微細化パターンには
効果的である）を形成する場合に適用できる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明によるパターン形成方法の一実施例を示
すプロセスフロー説明図、 第２図〜第５図は本発明によるパターン形成方法の一実
施例を示す簡略要部工程断面図、第６図は全面多波長露
光のための最適露光量を説明するための特性図である。 １・・・ホトレジスト塗布・プリベーク工程、２・・・
パターニング露光工程、３・・・全面多波長露光工程、
４・・・現像・ポストベーク工程、５・・・半導体基板
、６・・・ポジ形ホトレジスト、６ａ・・・露光部、６
ａ・・・低露光部、６ｂ・・・非露光部。 ７−ア＼ 代理人　弁理士　　小　川　勝　男　（、：　：’、（
′）＼、−。 第　　ＩＦＩＡ 第　　２　　図　　　　　　　第　　３　　ＴＡ第　　
　４　　図　　　　　　　　　　第　　５　　同第　　
６　　図

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、基板上にレジストパターンを形成するに際し、前記
   基板上にホトレジストを塗布し、これをプリベークする
   工程と、次にパターニング露光を行なう工程と、所定の
   露光量で全面を多波長露光する工程と、更に現像を行な
   う工程とを少なくとも備えたことを特徴とするパターン
   形成方法。 ２、前記ホトレジストがポジ形ホトレジストの場合には
   前記所定の露光量として、前記パターニング露光された
   露光部以外の非露光部の膜減りを起さず、かつ前記露光
   部中の低露光部を感光させてなくせるだけの露光量を用
   いてなる特許請求の範囲第１項記載のパターン形成方法
   。 ３、前記ホトレジストがネガ形ホトレジストの場合には
   、前記所定の露光量として、前記パターニング露光され
   た露光部以外の非露光部が不溶化し始めず、かつ前記露
   光部中の低露光部を感光させて不溶化させるだけの露光
   量を用いてなる特許請求の範囲第１項記載のパターン形
   成方法。 ４、前記所定の露光量として、前記非露光部が膜減りし
   ない最大露光量を用いてなる特許請求の範囲第２項記載
   のパターン形成方法。 ５、前記多波長露光の波長として、前記パターニング露
   光波長を含む広範囲なレジスト感光波長を用いてなる特
   許請求の範囲第１項ないし第４項のいずれかに記載のパ
   ターン形成方法。 ６、前記多波長露光の波長として、前記パターニング露
   光波長を含まない広範囲なレジスト感光波長を用いてな
   る特許請求の範囲第１項ないし第４項のいずれかに記載
   のパターン形成方法。 ７、前記多波長露光の波長として、少なくとも２波長を
   用いてなる特許請求の範囲第１項ないし第４項のいずれ
   かに記載のパターン形成方法。 ８、前記基板として半導体基板を用い、半導体装置を製
   造する場合に適用してなる特許請求の範囲第１項ないし
   第７項のいずれかに記載のパターン形成方法。 ９、前記現像工程の後にポストベークを行なう工程を付
   加してなる特許請求の範囲第１項ないし第８項のいずれ
   かに記載のパターン形成方法。 １０、前記全面多波長露光工程における多波長露光と同
   時に、又は多波長露光後にポストベークを行なうように
   した特許請求の範囲第１項ないし第８項のいずれかに記
   載のパターン形成方法。