JP3331801B2 - パターンの形成方法 - Google Patents

パターンの形成方法

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    • G03F7/00Photomechanical, e.g. photolithographic, production of textured or patterned surfaces, e.g. printing surfaces; Materials therefor, e.g. comprising photoresists; Apparatus specially adapted therefor
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  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Preparing Plates And Mask In Photomechanical Process (AREA)
  • Exposure And Positioning Against Photoresist Photosensitive Materials (AREA)
  • Exposure Of Semiconductors, Excluding Electron Or Ion Beam Exposure (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、パターンの形成方法に
係り、さらに詳しくは、焦点深度の改善を図ることがで
きるパターンの形成方法に関する。
【0002】
【発明の技術的背景】近年の半導体デバイスの高集積化
により、デバイス構造は、微細化と多層構造化が進んで
いる。このため、フォトリソグラフィー技術は、ますま
す困難な状態になりつつある。たとえば、必要焦点深度
(DOF)一つを取り上げても、パターン寸法の微細化
および多層構造による段差の増大に対し、DOFの極端
な縮小にはつながっていない。このため、デバイス製造
において、現在でも、より広いDOFの確保が重要であ
る。
【0003】ところで、DOFを改善するためには、目
的線幅と、ピボッタル(Pivotal)点(アイソフォーカ
ル点:Isofocal point)とを一致させると、最大のDO
Fを得ることができる。ピボッタル点とDOFとの関係
を図1(a),(b)に示す。図1(a)はボジ型のレ
ジストを用いた場合の光強度分布を示す。ここで、各曲
線は、それぞれ、デフォーカス(Defocus)が0.0μm
、0.2μm 、0.4μm 、0.8μm の場合を示し
ている。この図中、各デフォーカス曲線の交点が、デフ
ォーカスによらず光強度が一定となる点であり、アイソ
フォーカル点あるいはピボッタル点と呼ぶ。図1(b)
は、フォーカスオフセット(DOFに対応)に対する線
幅の変動を示す。図1(b)に示すように、図1(a)
に示すアイソフォーカル点に対応する線幅tの場合に
は、フォーカスオフセットによらず、線幅が一定の直線
となり、それよりずれると、線幅が変動する。図1
(b)に示す線幅tが一定のところをピボッタルと呼
ぶ。このピボッタルは、プロセス条件やレジストにより
変化する。
【0004】しかし、一般に市販されるレジストは、裸
面の単結晶シリコン基板上においてのみ、このピボッタ
ル点の調整を行っている。このため、このレジストを用
いて、他の材質の基板表面にパターン転写を行うと、目
的線幅とピボッタル点とにズレが生じ、仕様以下の不十
分なDOFしか得られない。この差は、化学増幅型レジ
ストなどに限定すると、下地基板の反射率に強く影響し
ている。
【0005】本発明は、このような実状に鑑みてなさ
れ、焦点深度の改善を図ることができるパターンの形成
方法を提供することを目的とする。
【0006】
【発明の概要】本発明者は、焦点深度の改善を図ること
ができるパターンの形成方法について鋭意検討した結
果、パターンが形成される部分の反射率を求め、この反
射率に基づき、レジストをフォトリソグラフィー加工す
るためのマスクに形成されるパターンの線幅を、デフォ
ーカスに対して光強度が変化しないピボッタル点となる
ように、バイアス値を入れて補正することで、DOFが
改善されることを見い出した。
【0007】すなわち、本発明に係るパターンの形成方
法は、レジストが成膜されて、パターンが形成される部
分の反射率を求める工程と、前記反射率に基づき、前記
レジストをフォトリソグラフィー加工するためのマスク
に形成されるパターンの線幅を、デフォーカスに対して
光強度が変化しないピボッタル点となるように、バイア
ス値を入れて補正する工程と、補正された線幅パターン
のマスクを用いて、レジストのフォトリソグラフィー加
工を行う工程とを有する。
【0008】本発明者は、前記反射率とバイアス値との
関係を、実験により求めたところ、単結晶シリコン基板
の表面の反射率を境に、その反射率よりも大きい反射率
の場合には、バイアス値がマイナスとなり、その反射率
よりも小さい場合には、バイアス値がプラスとなる略直
線の検量線で表わせることを見い出した。
【0009】本発明では、バイアス値を入れて補正した
線幅パターンのマスクを用いて、パターンを形成するた
め、フォーカスオフセットによらず、一定の線幅を形成
することができ、焦点深度が増大する。その結果、段差
が大きい基板表面、あるいは微細パターンでも、高精度
でパターンの形成が可能になる。
【0010】
【実施例】以下、本発明に係るパターンの形成方法を、
図面に示す実施例に基づき、詳細に説明する。KrF−
エキシマ(波長248nm)ステッパーと、PHS+光
酸発生剤などを主成分とする低吸収化学増幅レジストを
用い、0.35μm の線幅および線間(L&S)のパタ
ーンを有するマスクを用いて、裸面のシリコンウェーハ
上(反射率:40〜50%)にパターンを転写すると、
ピボッタル点が、光強度分布のアイソフォーカル点と一
致する。この一致は、L&Sパターンが0.25μm 〜
0.5μm において同様である。
【0011】これに対し、パターンが転写される基板の
反射率が、裸面のシリコンウェーハ上(反射率:40〜
50%)と異なる場合について考える。パターンが転写
される基板の反射率と、ピボッタル点に相当する線幅と
の関係を、実験的に求めたグラフを図2に示す。なお、
図2では、露光波長を248nmとし、PHS(Poly-H
ydroxy-styreneの略)系の低吸収化学増幅型レジストを
用い、下地基板の反射率に対するピボッタル点の線幅の
変動を求めた結果である。図2に示すように、単結晶シ
リコン基板の表面の反射率(40%)を境に、その反射
率よりも大きい反射率の場合には、バイアス値がマイナ
スとなり、その反射率よりも小さい場合には、バイアス
値がプラスとなる略直線の検量線で表わせる。図2で
は、基準となる線幅が0.35μm である。
【0012】たとえば下地基板の反射率が、30%の場
合には、ピボッタル点に相当する線幅が、約0.36μ
m となり、0.35μm に対するバイアス値は、プラス
約0.01μm となる。したがって、下地基板の反射率
が30%の場合には、もともとの設計マスクに形成され
たパターンの線幅に、(1+0.01/0.35)の係
数をかけて、パターンの補正を行う。
【0013】なお、図2に示す検量線の傾きは、露光波
長が短くなるほど、大きくなる傾向にある。すなわち、
バイアス値が大きくなる傾向にある。図3は本発明の実
施例に係るパターンの形成方法のフローチャート図であ
る。図3に示すように、ステップ1において、フォトリ
ソグラフィー加工に用いるマスクを設計した後、ステッ
プ2において、パターンが形成される下地基板が裸面の
シリコンウェーハか否かを判断する。そうである場合に
は、そのままステップ5において、バイアスをかけない
設計のパターンのままで、フォトリソグラフィー加工の
ためのマスクを製造する。
【0014】ステップ2において、パターンが形成され
る下地基板が裸面のシリコンウェーハでない場合には、
ステップ3において、その下地基板にレジストが塗布さ
れる前の状態の反射率を求める。次に、ステップ4で、
図2に示すような検量線から、反射率に基づき、上述し
た例で示すようにバイアス値を求める。その後、ステッ
プ5において、そのバイアス値を入れて、設計パターン
を補正し、フォトリソグラフィー用マスクを製造する。
【0015】その後、ステップ6で、下地基板にレジス
トを塗布し、前記マスクを用いて、フォトリソグラフィ
ー加工を行い、レジストにマスクのパターンを転写す
る。その際には、マスクのパターンは、バイアス値で補
正してあることから、ピボッタル点での露光を行うこと
ができ、フォーカスオフセットによらず、ほぼ設計通り
の線幅を転写することができる。すなわち、DOFのマ
ージンが拡大し、段差が大きい基板表面、あるいは微細
パターンでも、高精度でパターンの形成が可能になる。
また、半導体装置の製造歩留まりも向上する。
【0016】以下、本発明を、さらに具体的な実施例に
基づき説明するが、本発明は、これら実施例に限定され
ない。実施例1 i線ステッパーと薄膜ノボラック・レジストを用い、
0.40μm を目標とする線幅および線間(L&S)パ
ターンを形成した。パターンが転写される基板として
は、図4に示すように、単結晶シリコン基板10の上
に、アルミニウムシリサイド(AlSi)およびアルミ
ニウム(Al)の積層膜で構成された金属層12が成膜
され、その上に、反射防止膜14が成膜されたものを用
いた。反射防止膜14としては、ブリューワー(Brewe
r)社製の有機ボトムレイヤ式の反射防止膜ARC−C
D7を用いた。この時の基板表面の反射率は、15%で
あった。
【0017】この反射率に対し、図2に示すものと同様
な検量線(i線の場合)から、バイアス値として、+
0.02μm を求め、そのバイアス値を入れて、マスク
のパターンの補正を行った。すなわち、マスクのパター
ンのL&Sを、0.42μm とし、レジスト16のフォ
トリソグラフィー加工を行った。レジスト16に転写さ
れたパターンのL&Sは、0.40μm であった。ま
た、露光時のDOFを調べたところ、1.3μm であ
り、バイアス値による補正を行わない場合のDOF1.
1μm と比較し、DOFが改善されたことが確認され
た。
【0018】実施例2 KrF−エキシマ(波長248nm)ステッパーとPH
S系の低吸収化学増幅型を用い、0.35μm を目標と
する線幅および線間(L&S)パターンを形成した。パ
ターンが転写される基板としては、図4に示すように、
単結晶シリコン基板10の上に、アルミニウムシリサイ
ド(AlSi)およびアルミニウム(Al)の積層膜で
構成された金属層12が成膜され、その上に、反射防止
膜14が成膜されたものを用いた。反射防止膜14とし
ては、ブリューワー(Brewer)社製の有機ボトムレイヤ
式の反射防止膜DUV−11を用いた。この時の基板表
面の反射率は、12%であった。
【0019】この反射率に対し、図2に示す検量線か
ら、バイアス値として、+0.03μm を求め、そのバ
イアス値を入れて、マスクのパターンの補正を行った。
すなわち、マスクのパターンのL&Sを、0.38μm
とし、レジスト16のフォトリソグラフィー加工を行っ
た。レジスト16に転写されたパターンのL&Sは、
0.35μm であった。また、露光時のDOFを調べた
ところ、1.6μm であり、バイアス値による補正を行
わない場合のDOF1.2μm と比較し、DOFが改善
されたことが確認された。
【0020】実施例3 KrF−エキシマ(波長248nm)ステッパーとPH
S系の低吸収化学増幅型を用い、0.35μm を目標と
する線幅および線間(L&S)パターンを形成した。パ
ターンが転写される基板としては、図4に示すように、
単結晶シリコン基板10の上に、タングステンシリサイ
ド(WSi)で構成された金属層12が成膜され、その
上に、反射防止膜14が成膜されたものを用いた。反射
防止膜14としては、ブレワー(Brewer)社製の有機ボ
トムレイヤ式の反射防止膜DUV−11を用いた。この
時の基板表面の反射率は、32%であった。
【0021】この反射率に対し、図2に示す検量線か
ら、バイアス値として、+0.015μm を求め、その
バイアス値を入れて、マスクのパターンの補正を行っ
た。すなわち、マスクのパターンのL&Sを、0.36
5μm とし、レジスト16のフォトリソグラフィー加工
を行った。レジスト16に転写されたパターンのL&S
は、0.35μm であった。また、露光時のDOFを調
べたところ、1.3μm であり、バイアス値による補正
を行わない場合のDOF1.0μm と比較し、DOFが
改善されたことが確認された。
【0022】なお、本発明は、上述した実施例に限定さ
れるものではなく、本発明の範囲内で種々に改変するこ
とができる。例えば、上述した実施例では、基板の反射
率を低減するために、図4に示すように、反射防止膜1
4を用い、その上にレジスト16を塗布するように構成
したが、本発明では、必ずしも反射防止膜14を用いる
必要はない。
【0023】
【発明の効果】以上説明してきたように、本発明によれ
ば、バイアス値を入れて補正した線幅パターンのマスク
を用いて、パターンを形成するため、フォーカスオフセ
ットによらず、一定の線幅を形成することができ、DO
Fが増大する。その結果、段差が大きい基板表面、ある
いは微細パターンでも、高精度でパターンの形成が可能
になる。
【0024】また、本発明によれば、フォトリソグラフ
ィー時のDOFが増大することから、半導体装置製造工
程の歩留まりが向上する。さらに、反射率にマスクを合
わせることから、DOFのスペック・アウトにより、下
地基板の品質管理を二次的に行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】図1(a),(b)はピボッタル点とDOFと
の関係を示す図である。
【図2】図2はパターンが転写される基板の反射率と、
ピボッタル点に相当する線幅との関係を、実験的に求め
たグラフである。
【図3】図3は本発明の実施例に係るパターンの形成方
法のフローチャート図である。
【図4】本発明の一実施例で用いる基板の例を示す要部
断面図である。
【符号の説明】
10… シリコン基板 12… 金属層 14… 反射防止膜 16… レジスト
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.7 識別記号 FI H01L 21/30 527 (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) H01L 21/027 G03F 1/08

Claims (2)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 レジストが成膜されて、パターンが形成
    される部分の反射率を求める工程と、 前記反射率に基づき、前記レジストをフォトリソグラフ
    ィー加工するためのマスクに形成されるパターンの線幅
    を、デフォーカスに対して光強度が変化しないピボッタ
    ル点となるように、バイアス値を入れて補正する工程
    と、 補正された線幅パターンのマスクを用いて、レジストの
    フォトリソグラフィー加工を行う工程とを有するパター
    ンの形成方法。
  2. 【請求項2】 前記反射率とバイアス値との関係は、実
    験により求められ、単結晶シリコン基板の表面の反射率
    を境に、その反射率よりも大きい反射率の場合には、バ
    イアス値がマイナスとなり、その反射率よりも小さい場
    合には、バイアス値がプラスとなる略直線の検量線で表
    わせる請求項1に記載のパターンの形成方法。
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JP4745089B2 (ja) * 2006-03-08 2011-08-10 株式会社ニューフレアテクノロジー 荷電粒子ビーム描画方法、描画データ作成方法及びプログラム

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