JP2003124105A - マスクパターンの形成方法及びマスクパターン形成装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 マスクパターンを形成した後にそのパターン
幅を縮小化できるようにすると共に、マスクパターンの
微細化に伴う設備投資コストを低減できるようにする。 【解決手段】 ポリシリコン膜５上に所定のフォトレジ
ストを形成する工程と、このフォトレジストを配線パタ
ーン形状に露光する工程と、露光したフォトレジストを
現像処理してレジストパターン７Ａを形成する工程と、
このレジストパターン７Ａに深紫外線を照射して、当該
レジストパターン７Ａのパターン形状を補正する工程と
を有するものである。レジストパターン７Ａを形成した
後にそのパターン幅Ｗを縮小化できるので、レジストパ
ターン７Ａを微細化するための高価な露光装置を用意す
る必要がない。従って、レジストパターン７Ａの微細化
に伴う設備投資コストを低減でき、該レジストパターン
７Ａの微細化を安価に行うことができる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】この発明は、半導体装置の製
造工程で形成されるレジストパターンに適用して好適な
マスクパターンの形成方法及びマスクパターン形成装置
に関するものである。詳しくは、下地部材上のマスク部
材を所定形状に露光し、現像処理して形成したマスクパ
ターンに所定波長範囲の光を照射して、そのパターン形
状を補正し、マスクパターンのパターン幅を縮小化でき
るようにしたものである。また、マスクパターンに生じ
た突起部に所定波長範囲の光を照射して、当該突起部を
収縮させて除去できるようにしたものである。

【０００２】

【従来の技術】近年、電気製品はますます小型化、高性
能化しつつある。これに伴って、これらの電気製品に搭
載される半導体装置の高集積化も加速度的に進みつつあ
る。半導体装置の集積度は、当該半導体装置の製造工程
で用いられるレジストパターンの加工寸法によって決定
される。レジストパターンの加工寸法は、露光装置が用
いる光の波長が短いほど、微細化が可能になされる。

【０００３】半導体装置の量産工程では、ＫｒＦエキシ
マレーザ（波長２４８ｎｍ）を備えた露光装置（以下
で、ＫｒＦレーザ露光装置ともいう）が普及しつつあ
る。ＫｒＦレーザ露光装置を用いることによって、レジ
ストパターンの加工寸法は約０．１３μｍまで微細化が
可能になされている。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】ところで、従来方式に
係るＫｒＦレーザ露光装置によれば、レジストパターン
の加工寸法を０．１３μｍよりもさらに微細化すること
はできなかった。このため、ＫｒＦエキシマレーザより
もさらに波長が短い、ＡｒＦエキシマレーザ（波長１９
２ｎｍ）を備えた露光装置（以下で、ＡｒＦレーザ露光
装置ともいう）や、ＥＢ（Electron Beam）直描装置を
使用することが検討された。

【０００５】しかしながら、これらのＡｒＦレーザ露光
装置や、ＥＢ直描装置は、ＫｒＦレーザ露光装置と比べ
て非常に高価である。従って、これらのＡｒＦレーザ露
光装置や、ＥＢ直描装置を量産工程へ導入した場合に
は、レジストパターン（以下で、マスクパターンともい
う）形成工程の設備投資コストを著しく押し上げ、半導
体装置の製造原価を高めてしまうおそれがあった。

【０００６】そこで、この発明はこのような問題を解決
したものであって、マスクパターンを形成した後にその
パターン幅を縮小化できるようにすると共に、マスクパ
ターンの微細化に伴う設備投資コストを低減できるよう
にした、マスクパターンの形成方法及びマスクパターン
形成装置の提供を目的とする。

【０００７】

【課題を解決するための手段】上述した課題は、下地部
材上に所定のマスク部材を形成する工程と、このマスク
部材を所定形状に露光する工程と、露光したマスク部材
を現像処理してマスクパターンを形成する工程と、この
マスクパターンに所定波長範囲の光を照射して、当該マ
スクパターンのパターン形状を補正する工程とを有する
ことを特徴とするマスクパターンの形成方法によって解
決される。

【０００８】本発明に係るマスクパターンの形成方法に
よれば、従来方式と比べて、マスクパターンを形成した
後にそのパターン幅を縮小化できるので、マスクパター
ンを微細化するための高価な露光装置を用意する必要が
ない。

【０００９】本発明に係るマスクパターン形成装置は、
下地部材上に所定のマスク部材を形成し、該マスク部材
を所定形状に露光し、現像処理してマスクパターンを形
成する装置であって、このマスクパターンの形状を補正
する形状補正手段を備え、この形状補正手段は、マスク
パターンに所定波長範囲の光を照射することを特徴とす
るものである。

【００１０】本発明に係るマスクパターン形成装置によ
れば、マスクパターンを形成した後に、当該マスクパタ
ーンのパターン幅を縮小化できる。従って、従来方式と
比べて、高価な露光装置を用いることなくマスクパター
ンを微細化できるので、マスクパターンの微細化に伴う
設備投資コストを低減できる。

【００１１】

【発明の実施の形態】以下図面を参照しながら、この発
明の実施形態に係るマスクパターンの形成方法及びマス
クパターン形成装置について説明する。図１は本発明の
実施形態に係るレジストパターン形成装置１００の構成
例を示す概念図である。

【００１２】この実施形態では、下地部材上のマスク部
材を所定形状に露光し、現像処理して形成したマスクパ
ターンに所定波長範囲の光を照射して、そのパターン形
状を補正し、従来方式と比べて、マスクパターンを形成
した後にそのパターン幅を縮小化できるようにすると共
に、マスクパターンの微細化に伴う設備投資コストを低
減できるようにしたものである。

【００１３】図１に示すレジストパターン形成装置１０
０は、マスクパターン形成装置の一例である。このレジ
ストパターン形成装置１００は、ポリシリコン膜（下地
部材の一例）上に形成したフォトレジスト（マスク部材
の一例）を所定形状に露光し、現像処理して形成したレ
ジストパターン（マスクパターンの一例）に、所定波長
範囲の光を照射して、当該レジストパターンのパターン
形状を補正するものである。

【００１４】始めに、レジストパターン形成装置１００
について説明する。図１において、このレジストパター
ン形成装置１００は、支持手段の一例となるＸＹステー
ジ６０を備えている。このＸＹステージ６０は、上述し
たポリシリコン膜を形成した半導体基板１を支持するも
のである。このＸＹステージ６０は、Ｘ軸方向、かつＹ
軸方向に配設されたレール（図示せず）上に配置され
て、可動になされている。

【００１５】次に、このレジストパターン形成装置１０
０は、ポリシリコン膜上に形成されたレジストパターン
をモニタ（撮像）するモニタ手段６５を備えている。こ
のモニタ手段６５は、可視光源発生ユニット６６と、可
視光用対物レンズ６７と、ＣＣＤカメラ６８と、複数の
ハーフミラー６９とから構成されている。

【００１６】図１において、可視光源発生ユニット６６
から照射された可視光はハーフミラー６９を介して可視
光用対物レンズ６７に入射するようになされる。そし
て、可視光用対物レンズ６７に入射した可視光は、ＸＹ
ステージ６０に支持された半導体基板１に到達し、ポリ
シリコン膜上のレジストパターンを照らすようになされ
る。照らし出されたレジストパターンのパターン形状
は、ＣＣＤカメラ６８で捉えられ、モニタ画面（図示せ
ず）上に写し出される。

【００１７】また、このレジストパターン形成装置１０
０は、レジストパターンの形状を補正する形状補正手段
７０を備えている。この形状補正手段７０は、所定波長
範囲の光の一例となる、波長範囲２６３ｎｍ〜１９６ｎ
ｍの光をレジストパターンに照射して、当該マスクパタ
ーンのパターン形状を補正するものである。以下で、こ
の波長範囲２６３ｎｍ〜１９６ｎｍの光を深紫外線とも
いう。

【００１８】図１に示すように、この形状補正手段７０
は、深紫外光発生ユニット７１と、光ファイバ７２と、
照明制御ユニット７３と、ハーフミラー６９と、深紫外
光用対物レンズ７４とから構成されている。この中で、
深紫外光発生ユニット７１には、深紫外線を照射する短
波長深紫外線レーザが光源として備えられている。

【００１９】レジストパターンの形状を補正するための
深紫外線は、深紫外光発生ユニット７１から照射され、
光ファイバ７２を経由して照明制御ユニット７３に伝達
される。この照明制御ユニット７３で、深紫外線の光量
と、照射時間等が制御される。そして、制御された深紫
外線は、照明制御ユニット７３から、ハーフミラー６９
と深紫外光用対物レンズ７４を通って、ＸＹステージ６
０に支持された半導体基板１に達するようになされる。

【００２０】さらに、このレジストパターン形成装置１
００には、制御手段の一例となるコントローラ７５が備
えられている。このコントローラ７５によって、上述し
たＸＹステージ６０と、モニタ手段６５と、形状補正手
段７０の動作は制御される。

【００２１】次に、このレジストパターン形成装置１０
０の操作例を説明する。まず、上述した半導体基板１を
ＸＹステージ６０に載置する。この載置作業は、マニュ
アルハンドリングや、自動搬送装置（図示せず）など、
任意の手段によって実施可能である。ＸＹステージ６０
上に半導体基板１を載置してから搬出するまでの間は、
レジストパターン形成装置１００の動作はコントローラ
７５によって制御される。

【００２２】まず、コントローラ７５の制御下で、ＸＹ
ステージ６０は可視光用対物レンズ６７及び深紫外光用
対物レンズ７４下の所定位置（原点）に移動するよう操
作される。次に、モニタ手段６５によってレジストパタ
ーンがモニタされた状態で、ＸＹステージ６０は原点か
らＸ軸方向、かつ／又はＹ軸方向に移動するよう操作さ
れる。これにより、ＸＹステージ６０上のレジストパタ
ーンは広範囲にモニタされる。そして、モニタされたレ
ジストパターンのパターン形状（データ）は、モニタ手
段６５からコントローラ７５に伝送される。

【００２３】コントローラ７５に伝送されたデータは、
当該コントローラ７５に予め入力された標準パターン
（データ）と比較される。そして、この比較によって、
レジストパターンにおける被照射領域が画定される。

【００２４】レジストパターンにおける被照射領域が画
定された後、この被照射領域が深紫外光用対物レンズ７
４の直下に配されるように、ＸＹステージ６０と、モニ
タ手段６５が操作される。そして、この被照射領域に深
紫外線を所定量だけ照射するように、形状補正手段７０
が操作される。これにより、被照射領域のパターン形状
は補正される。被照射領域のパターン形状が補正された
後、半導体基板１をＸＹステージ６０上から搬出する。

【００２５】このように、ポリシリコン膜上にレジスト
パターンを形成した後に、そのパターン幅を縮小化でき
る。従来方式と比べて、レジストパターンを微細化する
ための高価な露光装置を用意する必要がないので、レジ
ストパターン形成工程における設備投資コストを低減で
きる。

【００２６】次に、本発明の実施形態に係るマスクパタ
ーンの形成方法について説明する。図２Ａ〜Ｃは本発明
の実施形態に係るレジストパターン７Ａ’の形成方法を
示す工程図である。

【００２７】ここでは、ポリシリコン膜上にフォトレジ
ストを形成し、該フォトレジストを所定形状に露光して
レジストパターンを形成し、その後、上述したレジスト
パターン形成装置１００を用いて、このレジストパター
ンに被照射領域を画定し、当該被照射領域に深紫外線を
照射して、そのパターン形状を補正する場合を想定す
る。

【００２８】まず、図２Ａに示す半導体基板１を用意す
る。この半導体基板１は、例えば、Ｐ型のシリコンウェ
ハである。次に、この半導体基板１を熱酸化して、シリ
コン酸化膜３を形成する。このシリコン酸化膜３は、例
えば、ゲート酸化膜として使用するものである。図２Ａ
において、シリコン酸化膜３の膜厚は、１０ｎｍ程度で
ある。

【００２９】そして、このシリコン酸化膜３上に下地部
材の一例となるポリシリコン膜５を形成する。このポリ
シリコン膜５は、ゲート電極や、配線パターン等として
使用するものである。ポリシリコン膜５の形成は、例え
ば減圧ＣＶＤ（Chemical Vapor deposition）法によっ
て行う。形成後のポリシリコン膜５の膜厚は、１００ｎ
ｍ程度である。

【００３０】次に、このポリシリコン膜５にリン等の不
純物をドーピングして、該ポリシリコン膜５に導電性を
持たせる。このドーピングは、例えば、ポリシリコン膜
５を形成した半導体基板１を、ＰＯＣｌ₃雰囲気下で約
８５０℃に加熱することによって行う。

【００３１】次に、この半導体基板１をスピンコータに
セットし、ポリシリコン膜５上にマスク部材の一例とな
るフォトレジストを塗布する（以下で、塗布工程ともい
う）。使用するフォトレジストは、例えば、アセタール
系レジストである。

【００３２】塗布工程後、この半導体基板１を、例え
ば、ＫｒＦレーザ露光装置にセットする。そして、フォ
トレジストに配線パターンを転写する（以下で、露光工
程ともいう）。露光工程後、半導体基板１をポストベー
クして、フォトレジストを焼き締めする。

【００３３】その後、この半導体基板１を現像処理装置
にセットし、フォトレジストを現像処理する（以下で、
現像工程ともいう）。使用する現像液は、例えば、ＴＭ
ＡＨ（テマ）である。

【００３４】以下で、上述した塗布工程と、露光工程
と、現像工程とを合わせて、フォトリソグラフィ工程と
称する。このフォトリソグラフィ工程によって、図２Ｂ
に示すポリシリコン膜５上に、レジストパターン７Ａ及
び７Ｂを形成する。図２Ｂにおいて、レジストパターン
７Ａの線幅をＷとしたとき、Ｗ＝１３０ｎｍ程度であ
る。

【００３５】次に、レジストパターンを形成した半導体
基板１を、上述したレジストパターン形成装置１００
（図１参照）にセットする。そして、レジストパターン
７Ａに被照射領域９を画定し、当該被照射領域９に深紫
外線を約１０ｍＪだけ照射する。

【００３６】これにより、被照射領域９のパターン形状
は補正されて、図２Ｃに示すレジストパターン７Ａ’を
形成するようになされる。このレジストパターン７Ａ’
の線幅をＷ’としたとき、Ｗ’＝１２４ｎｍ程度であ
る。即ち、深紫外線をレジストパターン７Ａに約１０ｍ
Ｊだけ照射することによって、当該レジストパターン７
Ａのパターン幅Ｗを約６ｎｍ縮小化（収縮）できる。

【００３７】このように、本発明に係るレジストパター
ン７Ａ’の形成方法によれば、ポリシリコン膜５上に形
成したフォトレジストを所定形状に露光し、現像処理し
てレジストパターン７Ａを形成した後、当該レジストパ
ターン７Ａに深紫外線を照射して、そのパターン形状を
補正するようになされる。

【００３８】従って、従来方式と比べて、レジストパタ
ーン７Ａを形成した後にそのパターン幅Ｗを縮小化でき
るので、ＡｒＦレーザ露光装置や、ＥＢ直描装置等の高
価な露光装置を用意する必要がない。これにより、レジ
ストパターン７Ａの微細化に伴う設備投資コストを低減
できる。

【００３９】尚、この実施形態では、アセタール系のレ
ジストパターンに被照射領域に画定し、当該被照射領域
のみに深紫外線を照射する場合について説明したが、こ
れに限られることはない。例えば、レジストパターン全
体を被照射領域としても良い。これにより、レジストパ
ターン全体を収縮させることができる。

【００４０】また、図３Ａに示すように、フォトリソグ
ラフィ工程の欠陥等によって生じたレジストパターン７
Ｄの突起部１１を被照射領域９としても良い。この突起
部１１に深紫外線を照射することによって、当該突起部
１１を収縮させて除去することができる。

【００４１】これにより、レジストパターン７Ｄを、図
３Ｂに示すレジストパターン７Ｄ’に修正できる。従来
方式と比べて、レジストパターンを一旦剥離し、再度形
成しなくても、レジストパターン７Ｄを本来の目的とす
る形状に修正できるので、手直し作業に係るコストを低
減できる。

【００４２】（実験例）ところで、本発明者らは、レジ
ストパターンの収縮量と深紫外線の照射量との関係につ
いて、以下の実験を行い、その効果を検証した。図４
は、レジストパターンの収縮量と深紫外線の照射量との
関係を実験した結果を示す表図である。図４の縦軸はレ
ジストパターンの線幅［ｎｍ］を示し、横軸は深紫外線
（ＤＵＶ）の照射量［ｍＪ］を示す。

【００４３】この実験結果は、フォトリソグラフィ工程
によって、アセタール系フォトレジストからなる複数の
配線パターン（レジストパターン）を形成し、各々の配
線パターンの線幅ＷをＳＥＭ（Scanning electron micr
oscope）を用いて測定した後、当該配線パターンに２６
６ｎｍの深紫外線を５ｍＪ〜１０００ｍＪの範囲で照射
し、その後、各々の線幅Ｗ’をＳＥＭで再度測定して得
たものである。

【００４４】これによれば、Ｗ＝２４６〜２４０ｎｍ程
度であり、Ｗ’＝２４１〜２３４ｎｍ程度であった。即
ち、各々のレジストパターンの収縮量をΔＷ＝Ｗ−Ｗ’
としたとき、ΔＷ＝５ｎｍ〜６ｎｍ程度であった。ま
た、レジストパターンの収縮率を（ΔＷ／Ｗ）×１００
［％］としたとき、レジストパターンの収縮率は、照射
量が５ｍＪ〜１０００ｍＪの範囲内で一様に約５％であ
った。

【００４５】この結果から、線幅０．１３μｍのアセタ
ール系のレジストパターンに、深紫外線を５ｍＪ〜１０
００ｍＪ照射することによって、当該レジストパターン
を約５％収縮できることを確認した。

【００４６】また、少なくとも、アセタール系のレジス
トパターンに対しては、深紫外線を５ｍＪだけ照射する
ことによって、当該レジストパターンを十分に収縮でき
ることを確認した。

【００４７】わずか５ｍＪ程度の照射量でレジストパタ
ーンを収縮できることから、露光装置よりも安価なレジ
ストパターン検査装置等を、形状補正手段として使用で
きることもわかった。

【００４８】この実施形態では、波長２６３ｎｍ〜１９
６ｎｍ程度の深紫外線をアセタール系のレジストパター
ンに約１０ｍＪだけ照射することによって、当該レジス
トパターンのパターン形状を補正する場合について説明
したが、これに限られることはない。

【００４９】上述したレジストパターンの収縮量は、当
該レジストパターンに照射する光の波長及び照射量に依
存するようになされる。また、使用するフォトレジスト
の種類にも依存するようになされる。

【００５０】従って、所望のレジスト材料を選択し、選
択したレジスト材料からなるレジストパターンに照射す
る光の波長及び照射量と、このレジストパターンの収縮
量との関係を実験し、その効果を検証することによっ
て、深紫外線以外の光をパターン形状補正用の光として
使用することができる。

【００５１】

【発明の効果】本発明に係るマスクパターンの形成方法
によれば、下地部材上に形成したマスク部材を所定形状
に露光し、現像処理してマスクパターンを形成した後、
当該マスクパターンに所定波長範囲の光を照射して、そ
のパターン形状を補正するようになされる。

【００５２】この構成によって、従来方式と比べて、マ
スクパターンを形成した後にそのパターン幅を縮小化で
きるので、マスクパターンを微細化するための高価な露
光装置を用意する必要がない。従って、マスクパターン
の微細化に伴う設備投資コストを低減でき、該マスクパ
ターンの微細化を安価に行うことができる。

【００５３】本発明に係るマスクパターン形成装置によ
れば、下地部材上のマスク部材を所定形状に露光し、現
像処理して形成したマスクパターンに所定波長範囲の光
を照射する形状補正手段を備えたものである。

【００５４】この構成によって、マスクパターンを形成
した後に、当該マスクパターンのパターン幅を縮小化で
きる。従って、従来方式と比べて、高価な露光装置を用
いることなくマスクパターンを微細化できるので、マス
クパターンの微細化に伴う設備投資コストを低減でき
る。

【００５５】この発明は、半導体装置の製造工程で形成
されるレジストパターン等に適用して極めて好適であ
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施形態に係るレジストパターン形成
装置１００の構成例を示す概念図である。

【図２】Ａ〜Ｃは本発明の実施形態に係るレジストパタ
ーン７Ａ’の形成方法を示す工程図である。

【図３】Ａ及びＢは本発明の実施形態に係るレジストパ
ターン７Ｄ’の他の形成方法を示す工程図である。

【図４】レジストパターンの収縮量と深紫外線の照射量
との関係を実験した結果を示す表図ある。

【符号の説明】

１・・・半導体基板、３・・・シリコン酸化膜、５・・
・ポリシリコン膜（下地部材）、７Ａ，７Ａ’，７Ｂ，
７Ｃ，７Ｄ，７Ｄ’・・・レジストパターン（マスクパ
ターン）、９・・・被照射領域、６０・・・ＸＹステー
ジ（支持手段）、６５・・・モニタ手段、７０・・・形
状補正手段、７５・・・コントローラ（制御手段）、１
００・・・レジストパターン形成装置（マスクパターン
形成装置）

───────────────────────────────────────────────────── 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 21/88 Ｂ Ｆターム(参考） 2H096 AA24 HA05 2H097 CA13 LA10 5F033 HH04 LL04 PP09 QQ01 QQ59 QQ65 QQ73 RR04 SS25 SS27 XX03 XX34 5F046 LA18

Claims (6)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 下地部材上に所定のマスク部材を形成す
   る工程と、 前記マスク部材を所定形状に露光する工程と、 露光した前記マスク部材を現像処理してマスクパターン
   を形成する工程と、 前記マスクパターンに所定波長範囲の光を照射して、当
   該マスクパターンのパターン形状を補正する工程とを有
   することを特徴とするマスクパターンの形成方法。
2. 【請求項２】 前記マスク部材を現像処理してマスクパ
   ターンを形成した後、 前記マスクパターンにおける被照射領域を画定し、その
   後、 前記被照射領域に所定波長範囲の光を照射して、当該マ
   スクパターンのパターン形状を補正することを特徴とす
   る請求項１に記載のマスクパターンの形成方法。
3. 【請求項３】 下地部材上に所定のマスク部材を形成
   し、該マスク部材を所定形状に露光し、現像処理してマ
   スクパターンを形成する装置であって、 前記マスクパターンの形状を補正する形状補正手段を備
   え、 前記形状補正手段は、 前記マスクパターンに所定波長範囲の光を照射すること
   を特徴とするマスクパターン形成装置。
4. 【請求項４】 前記形状補正手段には光源が設けられ、 前記光源には、短波長深紫外線レーザを用いることを特
   徴とする請求項３に記載のマスクパターン形成装置。
5. 【請求項５】 前記形状補正手段が設けられ、 前記形状補正手段によって補正されるマスクパターンの
   下地部材を支持する支持手段と、 前記支持手段によって支持された下地部材上のマスクパ
   ターンをモニタするモニタ手段とを備え、 前記支持手段は、 Ｘ軸方向、かつ／又はＹ軸方向に可動になされたことを
   特徴とする請求項３に記載のマスクパターン形成装置。
6. 【請求項６】 前記支持手段と、前記モニタ手段とを操
   作して前記マスクパターンにおける被照射領域を画定
   し、 前記被照射領域に所定波長範囲の光を所定量だけ照射す
   るように、前記支持手段と、前記モニタ手段と、前記形
   状補正手段とを制御する制御手段を備えたことを特徴と
   する請求項５に記載のマスクパターン形成装置。