JP2001035779A

JP2001035779A - 微細パターンの形成方法

Info

Publication number: JP2001035779A
Application number: JP11209021A
Authority: JP
Inventors: Kazuhiro Yamashita; 一博山下
Original assignee: Matsushita Electronics Corp; Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Current assignee: Panasonic Holdings Corp
Priority date: 1999-07-23
Filing date: 1999-07-23
Publication date: 2001-02-09

Abstract

(57)【要約】【課題】ベーク後のレジストを現像液へと直接的に浸
漬する必要がなく、露光装置のフォーカスぼけによる寸
法はずれを検出することも可能であり、チップ内寸法の
均一性を容易に確保することができる微細パターンの形
成方法を提供する。【解決手段】本発明にかかる微細パターンの形成方法
は、フェノール性水酸基の少なくとも一部が酸の作用を
受けて脱離しやすい保護基によって置換された高分子化
合物または単分子化合物を主成分とする放射性感応性材
料からなる化学増幅型レジストを半導体基板上に塗布し
たうえでベークする工程と、化学増幅型レジストを塩基
性雰囲気に暴露する工程と、化学増幅型レジストを遠紫
外線以下の波長で露光する工程と、必要に応じて加熱し
たうえでアルカリ水溶液を用いて現像する工程とを含ん
でいることを特徴とする。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は半導体素子や集積回
路を製造する際に必要となる微細パターンの形成方法に
かかり、特には、縮小投影型露光装置を用いたうえでの
露光が実行される微細パターンの形成方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】近年における半導体装置の微細化の進展
に伴っては、ＬＳＩなどの集積度向上を実現するため、
より微細なパターンが要求されており、例えば、縮小版
６４ＭＤＲＡＭではパターンの最小寸法が０．２５μｍ
であるのに対し、２５６ＭＤＲＡＭでは、０．１８μｍ
の最小寸法を確保するための微細加工と、それに対応し
た線幅制御性とが必要になっている。そして、微細加工
の要であるリソグラフィ工程では、主に露光波長の短波
長化によって微細化に対応することが実行されており、
露光装置の解像度は下記したＲａｙｌｅｉｇｈの式で表
わされるのが一般的である。

【０００３】Ｒ＝Ｋ１×（λ／ＮＡ）但し、Ｒ：解像度，Ｋ１：定数，λ：波長，ＮＡ：投影
レンズの開口数この式からも分かるように、解像度を向
上させるには、波長を短くするかＮＡを大きくする、あ
るいは、Ｋ１を小さくすればよいことになり、０．２５
μｍ以下の微細加工が必要な露光装置では波長２４８ｎ
ｍのＫｒＦエキシマレーザ光を露光光として用いると共
に、化学増幅という概念を導入して開発されたレジスト
（例えば、Ｏ．ＮＡＬＡＭＡＳＵｅｔａｌ．，Ｐｒ
ｏｃ．ＳＰＩＥ，１２６２，３２（１９９０））が露光
波長の短波長化に適するとして使用されている。すなわ
ち、この化学増幅型レジストは、放射線が照射された際
に酸を発生する酸発生剤と、酸によって反応する化合物
とを含んでなる多成分系物質であり、ポリビニルフェノ
ール誘導体などのような短波長領域での吸収率が低い高
分子化合物を主成分としているため、レジストの透明性
が増すばかりか、酸触媒による連鎖反応によってレジス
ト反応が進行するので高感度を有しており、さらには、
解像性も優れていることから、短波長光源を利用した微
細パターンを形成する際の材料として有望視されてい
る。

【０００４】つぎに、化学増幅型レジストのパターン形
成時の状態を、図１２に基づいて説明する。まず、縮小
投影型露光装置を用いて露光する場合を考えてみると、
フォトマスク１０１直下での光強度分布１０２ａは本来
的に矩形分布であるにも拘わらず、光の回折があるた
め、半導体基板１０３の表面上では光強度分布１０２ｂ
が図１２で示すような分布、つまり、矩形分布が崩れて
ブロードな分布となる。そして、このような光強度分布
がレジストの溶解特性によって忠実に再現されると、レ
ジストパターン１０４の断面形状は図１２で示すような
台形状となり、その線幅制御性が悪化してしまう。

【０００５】そこで、レジストにおいては、光強度分布
１０２がブロードな分布であってもレジストパターン１
０４の断面形状が矩形状となるような工夫がなされてお
り、具体的な工夫の一つとしては、現像液がレジストの
未露光部に接触した際に感光剤が反応してレジストの表
面に難溶化層が形成される溶解抑止効果を確保すること
が考えられている。すなわち、このような構成であれ
ば、レジストにおける露光部と未露光部との溶解速度差
が大きくなる一方、レジストまたはレジストの上部ほど
溶解速度が小さくなるため、レジストパターン１０４の
断面形状は矩形状に近づくことになる。そして、この原
理を積極的に利用するプロセスでは、レジストを塗布し
てベークしたうえで現像液に浸すこととし、レジストの
表面にレジスト難溶化層を形成することが実行されてい
る。なお、この手法はｇ線レジストでの適用検討が盛ん
に行われていた方法である。

【０００６】一方、転写されたレジストの線幅制御性を
低下させる要因としては、半導体基板上に形成された堆
積膜の膜厚ばらつきなどに起因する基板反射率の変動や
露光装置のベストフォーカス位置の変動があり、これら
の変動に対処する必要上、従来にあっては、本体ロット
の先頭ウエハを露光した際における孤立パターンの寸法
を測長ＳＥＭで測定し、設計仕上がり寸法からの寸法は
ずれに応じて露光量を補正しながら後続のウエハそれぞ
れを露光する寸法管理、いわゆる単一本の孤立パターン
に基づく寸法管理が行われている。なお、孤立パターン
に限られず、並列配置された複数本のライン／スペース
（Ｌ／Ｓ）パターンに基づく寸法管理も既に行われてい
る。さらにまた、一般的な露光装置では、投影レンズの
収差低減に起因してレジストの線幅制御性が低下するこ
ともあるため、露光されるフィールド内の全面にわたる
線幅制御性の向上を図ることが重要となっている。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】ところで、前記従来の
形態にかかる微細パターンの形成方法では、ベークした
レジストを現像液に浸すことによってレジスト難溶化層
を形成しているが、半導体基板上の全面にわたって塗布
されたレジストを現像液へと直接的に浸漬するのでは、
パターン形成時に余分な現像液が必要となるばかりか、
現像液が接触したことに起因してパーティクルが発生し
たり、パターン欠陥が発生したりするというような不都
合が生じる。また、Ｌ／Ｓパターンや孤立パターンに基
づく寸法管理では、露光装置におけるフォーカスぼけに
よる寸法はずれが検出できず、その結果としてパターン
不良が引き起こされるという不都合も生じていた。さら
に、従来の形態にかかる微細パターンの形成方法を採用
している限りは、露光装置が具備している投影レンズの
収差やレチクルの製造ばらつきに起因したチップ内寸法
のばらつきを解消できず、チップ内寸法の均一性が確保
できないという不都合もあった。

【０００８】本発明はこれらの不都合に鑑みて創案され
たものであり、ベーク後のレジストを現像液へと直接的
に浸漬する必要がなく、露光装置のフォーカスぼけによ
る寸法はずれを検出することも可能であり、さらには、
チップ内寸法の均一性を容易に確保することができる微
細パターンの形成方法を提供することを目的としてい
る。

【０００９】

【課題を解決するための手段】本発明の請求項１にかか
る微細パターンの形成方法は、フェノール性水酸基の少
なくとも一部が酸の作用を受けて脱離しやすい保護基に
よって置換された高分子化合物または単分子化合物を主
成分とする放射性感応性材料からなる化学増幅型レジス
トを半導体基板上に塗布したうえでベークする工程と、
化学増幅型レジストを塩基性雰囲気に暴露する工程と、
化学増幅型レジストを遠紫外線以下の波長で露光する工
程と、必要に応じて加熱したうえでアルカリ水溶液を用
いて現像する工程とを含んでいることを特徴とする。

【００１０】本発明の請求項２にかかる微細パターンの
形成方法は、フェノール性水酸基の少なくとも一部が酸
の作用を受けて脱離しやすい保護基によって置換された
高分子化合物または単分子化合物を主成分とする放射性
感応性材料からなる化学増幅型レジストを半導体基板上
に塗布したうえでベークする工程と、化学増幅型レジス
ト上に水溶性樹脂を塗布したうえでベークする工程と、
水溶性樹脂で被覆された化学増幅型レジストを塩基性雰
囲気に暴露する工程と、化学増幅型レジストを遠紫外線
以下の波長で露光する工程と、必要に応じて加熱したう
えでアルカリ水溶液を用いて現像する工程とを含んでい
ることを特徴とする。

【００１１】本発明の請求項３にかかる微細パターンの
形成方法は、フェノール性水酸基の少なくとも一部が酸
の作用を受けて脱離しやすい保護基によって置換された
高分子化合物または単分子化合物を主成分とする放射性
感応性材料からなる化学増幅型レジストを半導体基板上
に塗布したうえでベークする工程と、化学増幅型レジス
ト上に水溶性樹脂を塗布したうえでベークする工程と、
水溶性樹脂で被覆された化学増幅型レジストを塩基性雰
囲気に暴露する工程と、化学増幅型レジストを遠紫外線
以下の波長で露光する工程と、必要に応じて加熱したう
えで純水を用いて水溶性樹脂を除去する工程と、アルカ
リ水溶液を用いて現像する工程とを含んでいることを特
徴とする。本発明の請求項４にかかる微細パターンの形
成方法は請求項１ないし請求項３に記載したものであ
り、塩基性雰囲気の塩基濃度は５ｐｐｂから２０ｐｐｂ
までの範囲内であることを特徴とする。

【００１２】本発明の請求項５にかかる微細パターンの
形成方法は、フェノール性水酸基の少なくとも一部が酸
の作用を受けて脱離しやすい保護基によって置換された
高分子化合物または単分子化合物を主成分とする放射性
感応性材料からなり、かつ、酸発生剤を含有してなる化
学増幅型レジストを半導体基板上に塗布したうえでベー
クする工程と、化学増幅型レジストが含有しているのと
同じ酸発生剤が混入された水溶性有機膜を化学増幅型レ
ジスト上に塗布したうえでベークする工程と、化学増幅
型レジストを遠紫外線以下の波長で露光する工程と、必
要に応じて加熱したうえでアルカリ水溶液を用いて現像
する工程とを含んでいることを特徴とする。

【００１３】本発明の請求項６にかかる微細パターンの
形成方法は、半導体基板からの露光光の反射を抑制する
有機性反射防止膜を半導体基板上に塗布したうえでベー
クする工程と、有機性反射防止膜を酸性雰囲気に暴露す
る工程と、フェノール性水酸基の少なくとも一部が酸の
作用を受けて脱離しやすい保護基によって置換された高
分子化合物または単分子化合物を主成分とする放射性感
応性材料からなり、かつ、酸性強度が酸性雰囲気と同程
度の酸発生剤を含有してなる化学増幅型レジストを半導
体基板上に塗布したうえでベークする工程と、化学増幅
型レジストを塩基性雰囲気に暴露する工程と、化学増幅
型レジストを遠紫外線以下の波長で露光する工程と、必
要に応じて加熱したうえでアルカリ水溶液を用いて現像
する工程とを含んでいることを特徴とする。

【００１４】本発明の請求項７にかかる微細パターンの
形成方法は、露光装置を用いたうえで半導体回路パター
ンが繰り返して露光される方法であり、露光して形成さ
れたレジストパターンの寸法を測定したうえで露光装置
が具備するレクチルの照明均一性を補正する工程を含ん
でいることを特徴とする。本発明の請求項８にかかる微
細パターンの形成方法は請求項７に記載した方法であっ
て、照明均一性の補正は、露光装置が具備するレチクル
の上方に設置された透過率分布可変の光通過板で実行さ
れることを特徴とする。本発明の請求項９にかかる微細
パターンの形成方法は請求項７に記載した方法であり、
照明均一性の補正は、露光装置が具備するフライアイレ
ンズへの照明光分布を変更して実行されることを特徴と
する。

【００１５】本発明の請求項１０にかかる微細パターン
の形成方法は、露光装置を用いたうえで半導体回路パタ
ーンが繰り返して露光される方法であって、露光装置が
具備するレクチルには、寸法管理用のライン／スペース
パターン及び孤立パターンと半導体回路パターンとが設
けられており、ライン／スペースパターンの寸法を測定
したうえで露光量を補正し、補正した露光量での孤立パ
ターンの寸法を算出した後、補正された孤立パターンの
寸法に基づいて露光装置のフォーカス位置ずれを補正す
る工程を含んでいることを特徴とする。本発明の請求項
１１にかかる微細パターンの形成方法は請求項１０に記
載した方法であり、ライン／スペースパターンを構成す
るライン及びスペースのデュティ比は１：１．３以上で
あることを特徴とする。

【００１６】本発明にかかる微細パターンの形成方法で
あれば、ベーク後のレジストを現像液へと直接的に浸漬
する必要がないので、パターン形成時における余分な現
像液は不要となり、現像液と接触したことに伴うパーテ
ィクルやパターン欠陥は発生しないことになる。また、
本発明にかかる微細パターンの形成方法であれば、Ｌ／
Ｓパターン及び孤立パターンを利用した寸法管理では検
出できなかった寸法はずれ、つまり、露光装置における
フォーカスぼけによる寸法はずれをも検出することが可
能になるという利点が確保される。さらに、本発明にか
かる微細パターンの形成方法を採用している場合には、
投影レンズの収差やレチクルの製造ばらつきに起因した
チップ内寸法のばらつきを解消することが可能となり、
チップ内寸法の均一性を確保し得ることになる。

【００１７】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態を図面
に基づいて説明する。（実施の形態１）図１は実施の形態１にかかる微細パタ
ーンの形成方法を示す処理フロー図であり、図２は微細
パターンの形成時に用いられる処理装置を簡略化して示
す構造図である。本実施の形態１にかかる微細パターン
の形成方法では、図１で示すように、フェノール性水酸
基の全て、もしくは、一部が酸の作用を受けて脱離しや
すい保護基によって置換された高分子化合物または単分
子化合物を主成分とする放射性感応性材料からなる化学
増幅型レジストを前以て用意し（前処理）、半導体基板
の表面上にレジストを滴下したうえでスピンコートする
ことによって１．０μｍ厚のレジスト膜を形成した（レ
ジスト塗布）後、ホットプレートを利用しながら１３０
℃の温度で１分間にわたるベーキングを実行する（プリ
ベーク）。

【００１８】なお、この際のレジストを構成する高分子
化合物、つまり、フェノール性水酸基の少なくとも一部
が酸の作用を受けて脱離しやすい保護基によって置換さ
れた高分子化合物の具体例としては、ポリ（p-tert-ブ
トキシカルボニルオキシスチレン）、ポリ（p-tert-ブ
トキシスチレン）、ポリ（p-テトラヒドロピラニルオキ
シスチレン）、ポリ（p-（１-エトキシエトキシ）スチ
レン）、ポリ（p-（１-メトキシ−１-メチルエトキシ）
スチレン）、ポリ（p-トリメチルシリルオキシスチレ
ン）、ポリ（p-tert-ブトキシカルボニルオキシスチレ
ン−p-ヒドロキシスチレン）、ポリ（p-tert-ブトキシ
スチレン−p-ヒドロキシスチレン）、ポリ（p-テトラヒ
ドロピラニルオキシスチレン−p-ヒドロキシスチレ
ン）、ポリ（p-（１-エトキシエトキシ）スチレン−p-
ヒドロキシスチレン）、ポリ（p-（１-メトキシ−１-メ
チルエトキシ）スチレン−p-ヒドロキシスチレン）、ポ
リ（p-トリメチルシリルオキシスチレン−p-ヒドロキシ
スチレン）、ポリ（p-tert-ブトキシカルボニルメトキ
シスチレン−p-ヒドロキシスチレン）などを挙げること
ができるが、これらに限定されないことは勿論である。

【００１９】また、フェノール性水酸基の全てが酸の作
用を受けて脱離しやすい保護基によって置換された単分
子化合物の具体例としては、2,2-ビス（4-テトラヒドロ
ピラニルオキシフェニル）プロパン、2,2-ビス（4-tert
-ブトキシフェニル）プロパン、2,2-ビス（4-tert-ブト
キシカルボニルオキシフェニル）プロパン、2,2-ビス
（4-（1-エトキシエトキシ）フェニル）プロパン、3,4-
ジヒドロ−4-（2,4-ジ-（1-テトラヒドロピラニルオキ
シ）フェニル-7-（1-テトラヒドロピラニルオキシ）-2,
2,4-トリメチル-２Ｈ-1-ベンゾピラン、3,4-ジヒドロ−
4-（2,4-ジ-（1-tert-ブトキシ）フェニル-7-（1-tert-
ブトキシ）-2,2,4-トリメチル-２Ｈ-１-ベンゾピラン、
3,4-ジヒドロ−4-（2,4-ジ-（1-エトキシエトキシ）フ
ェニル-7-（1-エトキシエトキシ）-2,2,4-トリメチル-
２Ｈ-１-１-ベンゾピランなどが挙げられるが、これら
に限定されるものではない。

【００２０】そして、プリベークされたレジストは、塩
基濃度が５ｐｐｂから２０ｐｐｂまでの範囲内とされ、
かつ、室温とされたＨＭＤＳなどの塩基性雰囲気に対し
て３０秒間にわたって暴露される（塩基性雰囲気処
理）。ところで、この際に使用される処理装置は図２で
示すような構成とされたものであり、半導体基板１が収
納して載置されるチャンバー２には、ガス供給口３と、
半導体基板１を加熱するヒータ４と、ガス排気口５とが
配設されている。なお、本実施の形態では、レジストを
室温の塩基性雰囲気に暴露しているが、ヒータ４でもっ
て加熱すると、反応が促進される。引き続き、露光波長
が２４８ｎｍでＮＡが０．６０のエキシマステッパ（露
光装置）を使用し、塩基性雰囲気に暴露されたレジスト
を遠紫外線以下の波長で露光する（露光）。

【００２１】さらに、ホットプレートを利用しながら１
００℃の温度で１分間にわたるベーキングを必要に応じ
て実行し、かつ、有機アルカリ水溶液を用いたうえでの
１分間にわたる現像を行った（現像）後、純水を用いて
リンスすることを実行した。なお、実際的には、引き続
いてポストベークが行われる。すなわち、本実施の形態
１にかかる微細パターンの形成方法であれば、半導体基
板上の全面にわたって塗布され、かつ、プリベークされ
たレジストを現像液である有機アルカリ水溶液へと直接
的に浸漬することを行わないので、余分な現像液を必要
とすることはなくなり、現像液が接触したことに起因す
るパーティクルやパターン欠陥の発生は生じ得ないこと
になる。

【００２２】（実施の形態２）図３は実施の形態２にか
かる微細パターンの形成方法を示す処理フロー図であ
り、図４は処理中の一工程を示す構造図である。本実施
の形態２にかかる微細パターンの形成方法では、図３で
示すように、フェノール性水酸基の全て、もしくは、一
部が酸の作用を受けて脱離しやすい保護基によって置換
された高分子化合物または単分子化合物を主成分とする
放射性感応性材料からなる化学増幅型レジストを用意し
（前処理）、半導体基板の表面上にレジストを滴下した
うえでスピンコートすることによって１．０μｍ厚のレ
ジスト膜を形成する（レジスト塗布）。そして、ホット
プレートを利用しながら１３０℃の温度で１分間にわた
るベーキングを実行し（プリベーク）、室温下で冷却し
たうえでポリビニルアルコールやポリアクリル酸系樹脂
などの水溶性樹脂からなるオーバーコート膜をレジスト
膜上に塗布した（ＯＣ塗布）後、ホットプレートを利用
しながら９０秒間にわたるベーキングを実行する（プリ
ベーク）。

【００２３】そのため、以上の手順に従っては図４で示
すような断面構造が得られることになり、図４中の符号
１は半導体基板、７はレジスト膜、８はオーバーコート
膜を示している。つぎに、室温とされたＨＭＤＳなどの
塩基性雰囲気に対し、オーバーコート膜で被覆されてプ
リベークされたレジストを暴露することが、図２の処理
装置を使用しながら実行される（塩基性雰囲気処理）。
なお、この際における塩基性雰囲気の塩基濃度は、５ｐ
ｐｂから２０ｐｐｂまでの範囲内とされているのが最適
である。引き続き、露光波長が２４８ｎｍでＮＡが０．
６０のエキシマステッパ（露光装置）を使用し、塩基性
雰囲気に対して暴露されたレジストを遠紫外線以下の波
長で露光する（露光）。

【００２４】さらに、ホットプレートを利用しながら１
００℃の温度で１分間にわたるベーキングを実行し、か
つ、有機アルカリ水溶液を用いたうえでの１分間にわた
る現像を行った（現像）後、純水を用いてリンスし、さ
らには、ポストベークを実行することが行われる。そし
て、本実施の形態２にかかる微細パターンの形成方法で
あれば、半導体基板上の全面にわたって塗布され、か
つ、プリベークされたレジストを現像液である有機アル
カリ水溶液へと直接的に浸漬することを行わないので、
余分な現像液を必要とすることはなくなり、現像液が接
触したことに起因するパーティクルやパターン欠陥の発
生は生じ得ないことになる。

【００２５】（実施の形態３）図５は実施の形態３にか
かる微細パターンの形成方法を示す処理フロー図であ
り、以下、本実施の形態３にかかる微細パターンの形成
方法を説明する。この際における微細パターンの形成方
法では、図５で示すように、フェノール性水酸基の全
て、もしくは、一部が酸の作用を受けて脱離しやすい保
護基によって置換された高分子化合物または単分子化合
物を主成分とする放射性感応性材料からなる化学増幅型
レジストを用意し（前処理）、半導体基板の表面上にレ
ジストを滴下したうえでスピンコートすることによって
１．０μｍ厚のレジスト膜を形成する（レジスト塗
布）。そして、ホットプレートを利用しながら１３０℃
の温度で１分間にわたるベーキングを実行し（プリベー
ク）、室温下で冷却したうえでポリビニルアルコールや
ポリアクリル酸系樹脂などの水溶性樹脂からなるオーバ
ーコート膜をレジスト膜上に塗布した（ＯＣ塗布）後、
ホットプレートを利用しながら９０秒間にわたるベーキ
ングを実行する（プリベーク）。

【００２６】その後、室温とされたＨＭＤＳなどの塩基
性雰囲気に対し、オーバーコート膜で被覆されてプリベ
ークされたレジストを暴露することが、図２の処理装置
を使用しながら実行される（塩基性雰囲気処理）。な
お、この際における塩基性雰囲気の塩基濃度は、５ｐｐ
ｂから２０ｐｐｂまでの範囲内とされている。さらに、
露光波長が２４８ｎｍでＮＡが０．６０のエキシマステ
ッパ（露光装置）を使用し、塩基性雰囲気に対して暴露
されたレジストを遠紫外線以下の波長で露光する（露
光）。

【００２７】引き続き、ホットプレートを利用しながら
１００℃の温度で１分間にわたるベーキングを実行し、
有機アルカリ水溶液を用いたうえでの１分間にわたる現
像を行った（現像）後、純水を用いることによってオー
バーコート膜を除去し（純水処理）、さらに、純水を用
いてリンスしたうえでのポストベークが実行される。そ
のため、本実施の形態３にかかる形成方法であれば、半
導体基板上の全面にわたって塗布され、かつ、プリベー
クされたレジストを現像液である有機アルカリ水溶液へ
と直接的に浸漬しないので、余分な現像液を必要とせ
ず、現像液の接触に起因するパーティクルやパターン欠
陥は発生し得ないことになる。

【００２８】（実施の形態４）本実施の形態４にかかる
微細パターンの形成方法は、実施の形態２と化学増幅型
レジストの組成が異なるだけであるから、図３の処理フ
ロー図を参照しながら説明する。本実施の形態４にかか
る微細パターンの形成方法では、図３で示すように、フ
ェノール性水酸基の全て、もしくは、一部が酸の作用を
受けて脱離しやすい保護基によって置換された高分子化
合物または単分子化合物を主成分とする放射性感応性材
料からなり、かつ、酸発生剤を含有してなる化学増幅型
レジストを用意し（前処理）、半導体基板の表面上にレ
ジストを滴下したうえでスピンコートすることによって
１．０μｍ厚のレジスト膜を形成する（レジスト塗
布）。なお、酸発生剤の具体例としては、トリアリルス
ルホニウム塩やジアリルヨードニウム塩などのオニウム
塩や、2,6ベンジルトシレート、ビスジアゾメタン、シ
クロヘキシルスルホニルエチルスルホニルジアゾメタン
などが挙げられる。

【００２９】そして、ホットプレートを利用しながら１
３０℃の温度で１分間にわたるベーキングを実行し（プ
リベーク）、室温下で冷却したうえでポリビニルアルコ
ールやポリアクリル酸系樹脂などの水溶性樹脂からな
り、かつ、レジストが含有しているのと同じ酸発生剤が
混入された水溶性有機膜であるオーバーコート膜をレジ
スト膜上に塗布した（ＯＣ塗布）後、ホットプレートを
利用しながら９０秒間にわたるベーキングを実行する
（プリベーク）。その後、室温とされた塩基性雰囲気に
対し、オーバーコート膜で被覆されてプリベークされた
レジストを暴露することが実行される（塩基性雰囲気処
理）。なお、この際における塩基性雰囲気の塩基濃度
は、５ｐｐｂから２０ｐｐｂまでの範囲内とされてい
る。

【００３０】さらに、露光波長が２４８ｎｍでＮＡが
０．６０のエキシマステッパ（露光装置）を使用し、塩
基性雰囲気に対して暴露されたレジストを遠紫外線以下
の波長で露光する（露光）。引き続き、ホットプレート
を利用しながら１００℃の温度で１分間にわたるベーキ
ングを実行し、有機アルカリ水溶液を用いたうえでの１
分間にわたる現像を行った（現像）後、純水を用いてリ
ンスし、さらには、ポストベークを実行することが行わ
れる。そのため、本実施の形態３にかかる形成方法であ
れば、半導体基板上の全面にわたって塗布され、かつ、
プリベークされたレジストを現像液である有機アルカリ
水溶液へと直接的に浸漬しないので、余分な現像液を必
要とせず、現像液の接触に起因するパーティクルやパタ
ーン欠陥は発生し得ないことになる。

【００３１】（実施の形態５）図６は実施の形態５にか
かる微細パターンの形成方法を示す処理フロー図であ
り、図７は有機性反射防止膜の組成を示す説明図であ
る。以下、本実施の形態５にかかる微細パターンの形成
方法を説明するが、この形成方法では、図６で示すよう
に、フェノール性水酸基の全て、もしくは、一部が酸の
作用を受けて脱離しやすい保護基によって置換された高
分子化合物または単分子化合物を主成分とする放射性感
応性材料からなり、かつ、酸発生剤を含有してなる化学
増幅型レジストを用意すると共に、このレジストから発
生する酸性強度が同程度であり、かつ、半導体基板から
の露光光の反射を抑制することになる有機性反射防止
膜、例えば、図７で組成が示されるような有機性反射防
止膜を用意する（前処理）。

【００３２】そして、実施の形態５にかかる形成方法で
は、半導体基板の表面上に有機性反射防止膜を塗布し
（反射防止膜塗布）、かつ、ホットプレートを利用しな
がら２５０℃の温度で６０秒間にわたるベーキングを実
行した（ハードベーク）後、ハードベークされた有機性
反射防止膜を、レジストと同程度の酸性強度とされた酸
性雰囲気に暴露する（酸性処理）。なお、この際、酸性
雰囲気への暴露に代え、レジストと同程度の酸性強度と
された酸性水溶液を有機性反射防止膜上に滴下すること
を行ってもよい。引き続き、予め用意したレジスト、つ
まり、フェノール性水酸基の少なくとも一部が酸の作用
を受けて脱離しやすい保護基によって置換された高分子
化合物または単分子化合物を主成分とする放射性感応性
材料からなり、かつ、酸発生剤を含有してなるレジスト
を半導体基板の表面上に滴下したうえ、スピンコートす
ることによって１．０μｍ厚のレジスト膜を形成する
（レジスト塗布）。

【００３３】さらに、ホットプレートを利用しながら１
３０℃の温度で１分間にわたるベーキングを実行した
（プリベーク）後、露光波長が２４８ｎｍでＮＡが０．
６０のエキシマステッパを使用したうえでプリベークさ
れたレジストを遠紫外線以下の波長で露光する（露
光）。そして、ホットプレートを利用しながら１００℃
の温度で１分間にわたるベーキングを必要に応じて実行
し、かつ、有機アルカリ水溶液を用いたうえでの１分間
にわたる現像を行った（現像）後、純水を用いてリンス
することを実行したうえでポストベークを行った。すな
わち、本実施の形態５にかかる微細パターンの形成方法
であれば、半導体基板上の全面にわたって塗布され、か
つ、プリベークされたレジストを現像液である有機アル
カリ水溶液へと直接的に浸漬することを行わないので、
余分な現像液を必要とすることはなくなり、現像液が接
触したことに起因するパーティクルやパターン欠陥の発
生は生じ得ないことになる。

【００３４】（実施の形態６）図８は実施の形態６にか
かる微細パターンの形成方法で使用されるエキシマステ
ッパの照明系及び縮小投影光学系の一例を示す構造図で
あり、このエキシマステッパは、半導体回路パターンを
繰り返し露光することによって微細パターンを形成する
ために使用されるものである。そして、このエキシマス
テッパは、エキシマレーザ光源１１と、シリンドリカル
レンズ１２と、ズームレンズ１３と、フライアイレンズ
１４と、コンデンサレンズ１５と、レクチル１６と、縮
小投影レンズ１７とを具備していると共に、コンデンサ
レンズ１５及びレクチル１６間に設置された光透過率フ
ィルタ１８を具備している。なお、図中の符号１は、半
導体基板である。

【００３５】すなわち、本実施の形態６にかかるエキシ
マステッパでは、微細パターンを形成するための半導体
回路パターンが設けられたレクチル１６の上方に対し、
レクチル１６の照明均一性を補正するために用いられる
透過率分布可変の光通過板である光透過率フィルタ１８
が設置されており、この光透過率フィルタ１８は、図示
省略しているが、露光されるチップ内のレジスト寸法に
対応して中央部から周辺部へいくほど透過率が低くなる
ように設定されたものとなっている。なお、矩形分布で
あるレーザビームの光強度分布はシリンドリカルレンズ
１２で正方形分布とされることになり、ズームレンズ１
３はレーザビーム径をフライアイレンズ１４の入射口の
大きさにマッチングさせるものである。また、フライア
イレンズ１４は、レーザビームにおける各部分の光をレ
チクル１６上で重ねあわせるものとなっている。

【００３６】本実施の形態６にかかる微細パターンの形
成方法は、露光して形成されたレジストパターンの寸法
を測定したうえでエキシマステッパが具備するレクチル
１６面上への照明均一性が補正される工程を含んだもの
であり、具体的な照明均一性の補正は、光透過率フィル
タ１８でもって実行されることになっている。すなわ
ち、従来から一般的なエキシマステッパを使用しながら
の露光を実行した際には、図示省略しているが、Ｌ／Ｓ
パターンや孤立パターンに基づく寸法管理を行っている
にも拘わらず、露光処理されたチップ内寸法がレンズ収
差などの影響によってばらついてしまう、つまり、その
中央位置から周辺位置へといくほどレジスト寸法が小さ
くなってしまう。

【００３７】ところが、本実施の形態６においては、上
記したような設定を有する光透過率フィルタ１８をレク
チル１６の上方に設置しており、この光透過率フィルタ
１８によってレクチル１６面上の照明均一性を補正して
いるため、チップ内の周辺部でレジスト寸法が小さくな
ることは起こり得ず、チップ内寸法の均一性を確保する
ことが可能になる。なお、ここでの詳しい説明は省略す
るが、レチクル１６の上方に設置した光透過率フィルタ
１８でもってレクチル１６の照明均一性を補正する構成
のみに限定されることはなく、ズームレンズ１３からフ
ライアイレンズ１４への照明光分布を変更することによ
ってもレクチル１６面上の照明均一性を補正することが
可能であり、このような構成を採用した場合でも上記し
たと同様の作用が得られることは勿論である。

【００３８】（実施の形態７）図９は実施の形態７にか
かる微細パターンの形成方法で使用されるエキシマステ
ッパのレクチルを示す構造図、図１０は微細パターンの
形成方法を示す処理フロー図であり、図１１は測定され
た寸法と露光量との相関関係、つまり、寸法測長値露光
量依存性を例示する説明図である。なお、図９中の符号
１６はレクチルを示しており、１９は半導体回路パター
ンを示している。すなわち、ここでのエキシマステッパ
が具備するレクチル１６は、図９で示すように、半導体
回路パターン１９が設けられ、かつ、寸法管理用のライ
ン／スペース（Ｌ／Ｓ）パターン及び孤立パターンが設
けられたものとなっている。

【００３９】本実施の形態７にかかる微細パターンの形
成方法では、図１１で示すように、レクチル１６を介し
たうえで本体ロットの先頭ウエハが露光されることにな
り（先行ウエハ露光）、引き続いては、露光されること
に伴ってレクチル１６の半導体回路パターン１９とＬ／
Ｓパターン及び孤立パターンが転写された化学増幅型レ
ジストにおけるＬ／Ｓパターンの寸法が測長ＳＥＭでも
って測定される（Ｌ／Ｓ寸法測定）。引き続き、図１１
で示した寸法測長値露光量依存性に基づく露光量の補正
値を求めたうえで露光量を補正し（露光量補正）、補正
した露光量での孤立パターンの寸法を算出した後、孤立
パターンの寸法予測値が寸法規格を満足するか否かを予
測する（孤立線寸法予測）。

【００４０】そして、孤立パターンの寸法予測値が寸法
規格を満足しない場合には、エキシマステッパでのフォ
ーカス位置ずれが発生しているとみなされることにな
り、エキシマステッパのベストフォーカス位置を確認し
た（フォーカス測定）後、孤立パターンの寸法予測値が
寸法規格を満足するまで先行ウエハ露光、Ｌ／Ｓ寸法測
定、露光量補正が再び実行される。さらに、これらの処
理が繰り返された結果として孤立パターンの寸法予測値
が寸法規格を満足すれば、後続するウエハそれぞれの露
光が引き続いて行われる。なお、本実施の形態７では孤
立パターンを利用しているが、孤立パターンに代えてＬ
／Ｓパターン、つまり、ライン及びスペースのデュティ
比が１：１．３以上とされたＬ／Ｓパターンを利用する
ことも可能である。

【００４１】

【発明の効果】以上説明したように、本発明にかかる微
細パターンの形成方法であれば、半導体基板上の全面に
わたって塗布されたレジストを現像液へと直接的に浸漬
する必要がないので、パターン形成時に余分な現像液を
必要とすることがなくなり、現像液が接触したことに起
因してパーティクルやパターン欠陥が発生することを有
効に防止できるという効果が得られる。また、本発明の
形成方法によれば、露光装置におけるフォーカスぼけに
よる寸法はずれを検出し得ることとなる結果、パターン
不良が引き起こされるのを防止できるという効果も確保
される。さらに、露光装置が具備している投影レンズの
収差やレチクルの製造ばらつきに起因したチップ内寸法
のばらつきを補正できるため、高精度な微細パターンの
形成が可能になるという効果が得られる。

【図面の簡単な説明】

【図１】実施の形態１にかかる微細パターンの形成方法
を示す処理フロー図である。

【図２】微細パターンの形成時に用いられる処理装置を
簡略化して示す構造図である。

【図３】実施の形態２にかかる微細パターンの形成方法
を示す処理フロー図である。

【図４】処理中の一工程を示す構造図である。

【図５】実施の形態３にかかる微細パターンの形成方法
を示す処理フロー図である。

【図６】実施の形態５にかかる微細パターンの形成方法
を示す処理フロー図である。

【図７】有機性反射防止膜の組成を示す説明図である。

【図８】実施の形態６にかかる微細パターンの形成方法
で使用されるエキシマステッパの照明系及び縮小投影光
学系の一例を示す構造図である。

【図９】実施の形態７にかかる微細パターンの形成方法
で使用されるエキシマステッパのレクチルを示す構造図
である。

【図１０】微細パターンの形成方法を示す処理フロー図
である。

【図１１】寸法測長値露光量依存性を例示する説明図で
ある。

【図１２】化学増幅型レジストのパターン形成時の状態
を示す説明図である。

【符号の説明】

１半導体基板２チャンバ３ガス供給口４ヒータ５ガス排気口７レジスト膜８オーバーコート膜１１エキシマレーザ光源１２シリンドリカルレンズ１３ズームレンズ１４フライアイレンズ１５コンデンサレンズ１６レクチル１７縮小投影レンズ１８光透過率フィルタ（光通過板）１９半導体回路パターン

───────────────────────────────────────────────────── 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）Ｇ０３Ｆ 7/207 Ｇ０３Ｆ 7/207 7/22 7/22 Ｈ 7/38 ５０１ 7/38 ５０１５１１５１１Ｈ０１Ｌ 21/30 ５０２Ｒ５１６ＤＦターム(参考） 2H025 AA01 AA02 AA03 AB16 AC04 AC08 AD03 BE00 BE10 BG00 CB17 CB29 CB41 DA02 DA34 FA01 FA04 FA09 FA12 FA17 2H096 AA25 BA11 CA06 DA01 DA03 DA04 EA01 EA03 EA05 EA12 FA01 FA05 GA08 2H097 AA11 BA01 BB01 CA13 EA03 GB01 JA02 JA03 KA29 LA10 5F046 CA08 CB17 DA02 DA14 DB01 DB05 JA21 JA22 KA10 LA12 LA14

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】フェノール性水酸基の少なくとも一部が酸
の作用を受けて脱離しやすい保護基によって置換された
高分子化合物または単分子化合物を主成分とする放射性
感応性材料からなる化学増幅型レジストを半導体基板上
に塗布する工程と、ベークする工程と、化学増幅型レジ
ストを塩基性雰囲気に暴露する工程と、化学増幅型レジ
ストを遠紫外線以下の波長で露光する工程と、必要に応
じて加熱したうえでアルカリ水溶液を用いて現像する工
程とを含んでいることを特徴とする微細パターンの形成
方法。
【請求項２】フェノール性水酸基の少なくとも一部が酸
の作用を受けて脱離しやすい保護基によって置換された
高分子化合物または単分子化合物を主成分とする放射性
感応性材料からなる化学増幅型レジストを半導体基板上
に塗布する工程と、ベークする工程と、化学増幅型レジ
スト上に水溶性樹脂を塗布したうえでベークする工程
と、水溶性樹脂で被覆された化学増幅型レジストを塩基
性雰囲気に暴露する工程と、化学増幅型レジストを遠紫
外線以下の波長で露光する工程と、必要に応じて加熱し
たうえでアルカリ水溶液を用いて現像する工程とを含ん
でいることを特徴とする微細パターンの形成方法。
【請求項３】フェノール性水酸基の少なくとも一部が酸
の作用を受けて脱離しやすい保護基によって置換された
高分子化合物または単分子化合物を主成分とする放射性
感応性材料からなる化学増幅型レジストを半導体基板上
に塗布する工程と、ベークする工程と、化学増幅型レジ
スト上に水溶性樹脂を塗布したうえでベークする工程
と、水溶性樹脂で被覆された化学増幅型レジストを塩基
性雰囲気に暴露する工程と、化学増幅型レジストを遠紫
外線以下の波長で露光する工程と、必要に応じて加熱し
たうえで純水を用いて水溶性樹脂を除去する工程と、ア
ルカリ水溶液を用いて現像する工程とを含んでいること
を特徴とする微細パターンの形成方法。
【請求項４】請求項１ないし請求項３に記載した微細パ
ターンの形成方法であって、塩基性雰囲気の塩基濃度は、５ｐｐｂから２０ｐｐｂま
での範囲内であることを特徴とする微細パターンの形成
方法。
【請求項５】フェノール性水酸基の少なくとも一部が酸
の作用を受けて脱離しやすい保護基によって置換された
高分子化合物または単分子化合物を主成分とする放射性
感応性材料からなり、かつ、酸発生剤を含有してなる化
学増幅型レジストを半導体基板上に塗布する工程と、ベ
ークする工程と、化学増幅型レジストが含有しているの
と同じ酸発生剤が混入された水溶性有機膜を化学増幅型
レジスト上に塗布したうえでベークする工程と、化学増
幅型レジストを遠紫外線以下の波長で露光する工程と、
必要に応じて加熱したうえでアルカリ水溶液を用いて現
像する工程とを含んでいることを特徴とする微細パター
ンの形成方法。
【請求項６】半導体基板からの露光光の反射を抑制する
有機性反射防止膜を半導体基板上に塗布する工程と、ベ
ークする工程と、有機性反射防止膜を酸性雰囲気に暴露
する工程と、フェノール性水酸基の少なくとも一部が酸
の作用を受けて脱離しやすい保護基によって置換された
高分子化合物または単分子化合物を主成分とする放射性
感応性材料からなり、かつ、酸性強度が酸性雰囲気と同
程度の酸発生剤を含有してなる化学増幅型レジストを半
導体基板上に塗布したうえでベークする工程と、化学増
幅型レジストを塩基性雰囲気に暴露する工程と、化学増
幅型レジストを遠紫外線以下の波長で露光する工程と、
必要に応じて加熱したうえでアルカリ水溶液を用いて現
像する工程とを含んでいることを特徴とする微細パター
ンの形成方法。
【請求項７】露光装置を用いたうえで半導体回路パター
ンが繰り返して露光される微細パターンの形成方法であ
って、露光して形成されたレジストパターンの寸法を測定した
うえで露光装置が具備するレクチル面上の照明均一性を
補正する工程を含んでいることを特徴とする微細パター
ンの形成方法。
【請求項８】請求項７に記載した微細パターンの形成
方法であって、照明均一性の補正は、露光装置が具備するレチクルの上
方に設置された透過率分布可変の光通過板で実行される
ことを特徴とする微細パターンの形成方法。
【請求項９】請求項７に記載した微細パターンの形成
方法であって、照明均一性の補正は、露光装置が具備するフライアイレ
ンズへの照明光分布を変更して実行されることを特徴と
する微細パターンの形成方法。
【請求項１０】露光装置を用いたうえで半導体回路パタ
ーンが繰り返して露光される微細パターンの形成方法で
あって、露光装置が具備するレクチルには、寸法管理用のライン
／スペースパターン及び孤立パターンと半導体回路パタ
ーンとが設けられており、ライン／スペースパターンの
寸法を測定したうえで露光量を補正し、補正した露光量
での孤立パターンの寸法を算出した後、補正された孤立
パターンの寸法に基づいて露光装置のフォーカス位置ず
れを補正する工程を含んでいることを特徴とする微細パ
ターンの形成方法。
【請求項１１】請求項１０に記載した微細パターンの形
成方法であって、ライン／スペースパターンを構成するライン及びスペー
スのデュティ比は１：１．３以上であることを特徴とす
る微細パターンの形成方法。