JP2007095859A - リソグラフィ方法 - Google Patents

Abstract

【課題】ナノメータサイズのレジストパターンにつき更なる微細化を図ることが可能なリソグラフィ方法を提供する。
【解決手段】フォトマスク１３に描かれた回路パターン１５を転写するリソグラフィ方法において、フォトマスク１３における回路パターン１５が予め形成されたパターニング面に、電子線レジスト膜を表面に形成させた基板２１を近接配置し、電子線レジスト膜に感光しない波長の光をフォトマスク１３へ照射し、照射された光に基づきパターニング面に形成された回路パターン１５に応じた局所領域に近接場光を発生させ、その発生させた近接場光により当該パターニング面に近接されたレジスト膜２２を感光させる。
【選択図】図１

Description

本発明は、フォトマスクに描かれた微細パターンを、レジスト膜を表面に形成させた基板上に転写するリソグラフィ方法に関する。

近年において、集積回路（ＩＣ）の出現から、大規模集積回路（ＬＳＩ）へと集積度の向上が進み、回路パターンにおける設計寸法につき更なる制約が課され、半導体製造プロセスにおける微細加工の研究が盛んに行われている。

光リソグラフィは、かかる微細加工の一手段であり、シリコン酸化膜等の基板表面にレジスト膜を形成し、集積回路パターンの描かれたマスクを介して露光することにより当該パターンを転写し、さらにこれを現像して得られたレジストパターンに基づき基板にエッチング等の加工を行う。

図６は、光リソグラフィの概略を説明するための図である。先ずステップＳ５１において、被加工膜７２を形成した基板７１上にレジスト等の有機感光樹脂をスピンナーを用いて塗布し、均一なレジスト膜７３を形成する。このレジスト膜７３を加熱乾燥させた後に、ステップＳ５２へ移行し、集積回路パターンが描かれたマスク７４を基板７１に重ね合わせる。

次にステップＳ５３へ移行し、後述する露光装置を用いて、上記フォトマスク７４に描かれた集積回路パターンを基板７１上のレジスト膜７３へ転写する。すなわち、集積回路パターンの描かれたマスクを介して露光することにより、レジスト膜７３に対して光化学反応を起こさせる。

次に、ステップＳ５４へ移行し、レジスト膜７３を現像液を用いて現像することにより、レジストパターンを形成する。上記レジスト膜７３が、アルカリ水溶液からなる現像液に対して感光部が可溶化するポジ型のレジスト膜である場合には、かかる感光部につき現像液を用いて取り除くことができる。

このようにして形成したレジストパターンを、次のステップＳ５５において、いわゆるエッチングマスクとして被加工膜７２をエッチングし、さらにステップＳ５６においてレジスト膜７３を剥離することにより、一連のリソグラフィ工程が終了することになる。

また図７は、集積回路パターンの転写に用いる露光装置の原理的な構成図である。

この露光装置８は、光を出射する光源８１と、光源８１から出射された光を集光する照明光学系８２と、集積回路パターンが描かれたフォトマスク８３と、フォトマスク８３を透過した光を基板７１に結像させる投影光学系８４とを備えている。

フォトマスク８３に描かれた集積回路パターンは、照明光学系８２を介して照明され、その透過光のみが投影光学系８４により結像される。その結果、基板７１上に形成されているレジスト膜７３は、かかる集積回路パターンの像に対応して感光することになる。
特開２００４−２３５５７４号公報

ところで、近年進んでいる光情報通信の大容量化に伴い、半導体デバイスの更なる高集積化、高密度化を図るべく、ナノメータサイズの集積回路パターンを形成する必要がある。

このため、特に近年において、近接場光を利用したレジストパターンの形成方法が提案されている（例えば、特許文献１参照。）

この特許文献１における開示技術では、例えば図８に示すステップＳ６１において、基板１２１上にレジスト膜１２２を塗布し、かかるレジスト膜１２２を構成する分子間の共鳴エネルギーに相当する光の波長よりも長いいわゆる非共鳴光をフォトマスク１１３に対して上から照射する。例えば幅１０μｍのＣｒ薄膜が形成されたフォトマスク１１３に非共鳴光を照射すると、かかるＣｒ薄膜のエッジ部分においてそれぞれ近接場光が発生することになる。その発生させた近接場光によりレジスト膜１２２を感光させることにより、回路パターンをレジスト膜１２２上に転写してステップＳ６２に示すようなレジストパターンを形成する。

このようにして形成したレジストパターンを、次のステップＳ６３において、いわゆるエッチングマスクとして基板１２１をエッチングし、さらにステップＳ６４においてレジスト膜１２２を剥離すると、最終的に、幅約３０〜５０ｎｍ、深さ約５０ｎｍ程度の溝１２５を基板１２１上に形成することが可能となる。即ち，発生させた近接場光に応じてナノメータサイズのレジストパターンを形成することができ、基板の超微細加工も可能となる。

しかしながら、基板上に形成すべきレジストパターンの更なる微細化を図るためには、レジスト膜の表面粗さを改善し、或いはフォトマスクとレジストとの密着性を向上させることが重要となってくる。

そこで、本発明は、かかる点に鑑みて案出されたものであり、ナノメータサイズのレジストパターンにつき更なる微細化を図ることが可能なリソグラフィ方法を提供することを目的とする。

本発明に係るリソグラフィ方法は、上述した課題を解決するために、フォトマスクに描かれた微細パターンを転写するリソグラフィ方法において、上記フォトマスクにおける上記微細パターンが予め形成されたパターニング面に、電子線レジスト膜を表面に形成させた基板を近接配置し、上記電子線レジスト膜に感光しない波長の光を上記フォトマスクへ照射し、上記照射された光に基づき上記パターニング面に形成された微細パターンに応じた局所領域に近接場光を発生させ、その発生させた近接場光により当該パターニング面に近接された上記レジスト膜を感光させる。

本発明を適用したリソグラフィ方法では、照明光学系から直接的に照射される光に対して全く感度を持たない電子線レジストからなるレジスト膜につき、回路パターンのマスクエッジのみ感光させることが可能となる。このため、ナノメータサイズのパターンをレジスト膜上に形成させることが可能となる。特に、レジスト膜として、電子線レジストを適用しているため、当該レジスト膜２２表面をより平滑化させることができ、さらにはレジスト膜と回路パターンとの密着性をも向上させることが可能となる。このため、フォトレジストの発生する近接場光を均一かつ有効にレジストに照射でき、形成すべきパターンをより高精度、微細化させる事ができる。

以下、本発明を実施するための最良の形態として、フォトマスクに描かれた微細パターンを、レジスト膜を表面に形成させた基板上に転写するリソグラフィ方法について、図面を参照しながら詳細に説明する。

図１は、本発明を適用したリソグラフィ方法を実行するための転写装置１の構成図を示している。この転写装置１は、転写元のフォトマスク１３に予め形成された回路パターン１５を転写先の基板２１表面に塗布されたレジスト膜２２上に転写するものであって、光を出射するための光源１１と、光源１１から出射された光を集光する照明光学系１２と、これらフォトマスク１３並びに基板２１をそれぞれ所望の位置に設置するための基板配置部１７とを備えている。

光源１１は、図示しない駆動電源による制御に基づき、例えば波長３５５ｎｍ程度の光を出射するパルス光源である。この光源１１は、図１に示すように、フォトマスク１３の表面鉛直方向から傾き７０°の角度で光を入射させる。

フォトマスク１３は、光を遮蔽するＣｒ薄膜を回路パターン１５に応じて形成した石英ガラス板からなり、上述した光源１１からの光が照射される。このフォトマスク１３に形成された回路パターン１５からは、後述するメカニズムに基づいて近接場光が滲出することになる。

基板配置部１７は、転写元としてのフォトマスク１３における回路パターン１５が予め形成されたパターニング面１５ａに、転写先の基板２１の表面２１ｂに形成されたレジスト膜２２を互いに近接させつつ、このフォトマスク１３並びに基板２１を配置する。このパターニング面１５ａとレジスト膜２２表面との間隔は、光源から出射された光の波長の数分の一程度としてもよい。この基板配置部１７には、このパターニング面１５ａとレジスト膜２２表面との間隔を高精度に調整するための高精度ステージの機能が付加されていてもよい。

レジスト膜２２は、上記近接場光に感応して化学反応を起こすいわゆる電子線レジスト膜である。また、このレジスト膜２２は、光源１１からの光に対して感光しないことが条件となる。このため、レジスト膜２２としては、例えばＺＥＰ−５２０（日本ゼオン社製）等を適用するようにしてもよい。この電子線レジストは、基板２１上に塗布された後の表面粗さを改善することが可能となることから、フォトマスク１３とレジスト膜２２との密着性を向上させることが可能となる。

なお、この電子線レジストの代替として、Ｘ線レジスト、真空紫外線用レジストを用いるようにしてもよい。これら電子線レジスト、Ｘ線レジスト、真空紫外線用レジストは、元々高解像度を狙って作製されているため、表面粗さが小さく、また、薄い膜厚で塗布できるようにされている。レジストの膜厚を薄くすることにより、解像度を向上させることができる。実際に、これらの作用は、基板２１との相性（濡れ性）を向上させ、レジストを構成する高分子のサイズを均一化する事により実現可能となる。

次に本発明を適用したレジストパターン形成方法を含む光リソグラフィ工程につき図２を用いて詳細に説明をする。

先ず、基板２１の前処理を実行した後、ステップＳ１１において、予め前処理が施された基板２１上にレジスト膜２２を形成する。このレジスト膜２２の形成には、例えばスピンナー法を採用してもよい。このスピンナー法では、レジストの粘度、固形分含有量及び溶剤の蒸発速度を参照しつつ、スピンナーの回転数を制御することにより、所望の膜厚を得ることができる。ちなみに、レジスト膜２２の形成後、膜中に含まれている溶剤を除去すべくプリベークを行うようにしてもよい。特に本発明においては、レジスト膜２２として電子線レジストを使用するため、このステップＳ２１の工程終了時においてレジスト膜２２の表面は平滑な状態となっている。

次にステップＳ１２に移行し、転写先の基板２１に対するフォトマスク１３の重ね合わせを実行する。このステップＳ１２において、レジスト膜２２が塗布された転写先の基板２１とフォトマスク１３とが近接するように基板配置部１７を制御する。なお、このステップＳ１２において、パターニング面１５ａとレジスト膜２２表面との間隔につき、照射するの波長に基づいて決定するようにしてもよい。

次にステップＳ１３へ移行し、光源１１から光を発生する。この光源から発生された光は、照明光学系１２を介してフォトマスク１３の裏面１３ａから入射される。そして、このフォトマスク１３の裏面１３ａへ入射した光は当該フォトマスク１３を透過し、レジスト膜２２を介して基板２１へ照射されることになる。因みに、この基板２１へ照射された光はレジスト膜２２に感光することはない。即ち、このレジスト膜２２は、照明光学系１２から直接的に照射される光に対して何ら影響を受けるものではない。しかしながら、この照明光学系１２から照射された光に基づき、その表面に形成された回路パターン１５におけるパターニング面から近接場光が発生することになる。そして、この近接場光にレジスト膜２２が感応する結果、当該回路パターン１５に応じた局所領域において化学反応が進行することになる。

図３は、フォトマスク１３における回路パターン１５と、転写先の基板２１に塗布されたレジスト膜２２との界面を拡大した図である。この図３に示すようにフォトマスク１３表面には、回路パターン１５に応じた凹凸が形成されている。即ち、回路パターン１５が形成されている箇所については、レジスト膜２２側に突出されている状態となる。そして、この回路パターン１５のエッジ部分において近接場光が発生する。

このような近接場光が発生している状態において、レジスト膜２２が塗布された基板２１をフォトマスクに近接させると、回路パターン１５のエッジ部分に発生された近接場光にのみによって感光することになる。その結果、この凹凸を形成している回路パターン１５に応じた局所領域のみレジスト膜２２上において感光させることが可能となる。ちなみに、この近接場光の発生領域や強度は、この回路パターン１５を構成する材質の差異にも支配される。かかる現象に基づき、所望のパターニングを行う際において、予め回路パターン１５を構成する材質を異ならせておくようにしてもよい。また、回路パターン１５については、凹凸で形成される場合に限定されるものではなく、回路パターン１５に応じて材質のみを異ならせ、表面は平滑な状態で仕上げるようにしてもよい。

次にステップＳ１４へ移行し、レジスト膜２２を現像液を用いて現像することにより、レジストパターンを形成する。レジスト膜２２が、仮にポジ型である場合には、かかる近接場光に感応した領域につき現像液を用いて取り除くことができる。ちなみに、現像を終了させた後に、レジスト膜２２と基板２１との密着性を向上させるべく、ポストベークを行うようにしてもよい。

このようにして形成したレジストパターンを、次のステップＳ１５において、いわゆるエッチングマスクとして基板２１をエッチングし、さらにステップＳ１６においてレジスト膜２２を剥離することにより、一連の光リソグラフィ工程が終了することになる。

このように、本発明を適用した転写装置１では、照明光学系１２から直接的に照射される光に対して全く感度を持たないはずの電子線レジストからなるレジスト膜２２につき、回路パターン１５のマスクエッジのみ感光させることが可能となる。このため、ナノメータサイズのパターンをレジスト膜２２上に形成させることが可能となる。これは、マスクエッジに発生する近接場光により発現した非断熱近接場光化学反応に基づくものであり、その詳細なメカニズムは、例えば特開２００４−２３５５７４号公報に示されている。

特に、本発明においては、レジスト膜２２として、電子線レジストを適用しているため、当該レジスト膜２２表面をより平滑化させることができ、さらにはレジスト膜２２と回路パターン１５との密着性をも向上させることが可能となる。このため、このため、フォトレジストの発生する近接場光を均一かつ有効にレジストに照射でき、形成すべきパターンをより高精度、微細化させる事ができる。

以下、本発明を適用した転写装置１の効果を確認するために行った実験について説明をする。

先ず、図４に示すように、直径１μｍの円状の回路パターン１５を２μｍ間隔でフォトマスク１３上に形成しておき、これを基板２１上に形成したレジスト膜２２上に密着させ、波長３５５ｎｍの光を７０°方向から５分間照射させた。ちなみに、このレジスト膜２２は、ＺＥＰ−５２０（日本ゼオン社製）とする。

その後、上述の如き光リソグラフィ工程におけるステップＳ１５まで終了させた後、レジスト膜２２を原子間力顕微鏡によって観察した。その結果、例えば図５(a)に示すように、レジスト膜２２上に形成されたパターンについてラインＡ、ラインＢの高さを計測したところ、図５(b)に示すように、エッジ部分において特に深くエッチングが進行していることが分かった。これは、レジスト膜２２が、マスクエッジ部分において局所的に滲出した近接場光のみに感光していることを裏付けるものである。ちなみに、この図５(b)に示すエッジ部分の感光領域の半値幅は、５０ｎｍ程度であった。

この実験結果より、近接場光を利用した非断熱近接場光化学反応に基づいて、ナノメータサイズもの微細なパターンを形成させることができることが示される。

本発明を適用したリソグラフィ方法を実行するための転写装置の構成図である。 本発明を適用したレジストパターン形成方法を含む光リソグラフィ工程について示すフローチャートである。 フォトマスクにおける回路パターンと、転写先の基板に塗布されたレジスト膜との界面を拡大した図である。 本発明を適用した転写装置の効果を確認するために行った実験方法について説明するための図である。 本発明を適用した転写装置の効果を確認するために行った実験結果について説明するための図である。 光リソグラフィの概略を説明するための図である。 集積回路パターンの転写に用いる露光装置の原理的な構成図である。 従来における近接場光を利用したレジストパターンの形成方法を示すフローチャートである。

符号の説明

１ 転写装置
１１ 光源
１２ 照明光学系
１３ フォトマスク
１５ 回路パターン
１７ 基板配置部
２１ 基板
２２ レジスト膜

Claims (2)

1. フォトマスクに描かれた微細パターンを転写するリソグラフィ方法において、
   上記フォトマスクにおける上記微細パターンが予め形成されたパターニング面に、電子線レジスト膜を表面に形成させた基板を近接配置し、
   上記電子線レジスト膜に感光しない波長の光を上記フォトマスクへ照射し、
   上記照射された光に基づき上記パターニング面に形成された微細パターンに応じた局所領域に近接場光を発生させ、
   その発生させた近接場光により当該パターニング面に近接された上記レジスト膜を感光させること
   を特徴とするリソグラフィ方法。
2. 上記電子線レジストの代替として、Ｘ線レジスト、真空紫外線用レジストを用いること
   を特徴とする請求項１記載のリソグラフィ方法。