JPH0194622A - 微細パターンの形成方法 - 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】 ［産業上の利用分野コ 本発明は、半導体装置の製造方法に関し、特に、光露光
技術を用いた微細パターンの形成方法に関するものであ
る。

［従来の技術］ 半導体集積回路装置の製造において、微細加工技術は重
要な技術であり、その中心的な技術として光露光技術が
ある。光露光技術は半導体基板上に塗布された光感光性
樹脂（以下レジストと称す）に半導体装置の回路や構造
の微細パターンを転写する技術の１つである。また、光
露光技術に用いられるレジストプロセスとして、レジス
ト層の平坦化によりその均一性を改善した３層レジスト
プロセスがある。ここで、光露光技術を用いた従来の３
層レジストプロセスによって、半導体基板上に微細パタ
ーンを形成する方法について説明する。

なお、微細パターンとしては光露光技術によって半導体
基板上に形成されたパターンが幅の狭い線状パターンで
あるラインパターンと、幅の狭い溝状のパターンである
スペースパターンとに分けられる。

第２八図ないし第２Ｄ図は、光露光技術を用いた従来の
３層レジストプロセスにより半導体基板上にスペースパ
ターンを形成する方法を、その製造工程に従って示した
製造工程図である。

まず、第２Ａ図に示すように、半導体基板１上の被エツ
チング膜２上に、下層レジストとして厚い有機膜３を回
転塗布して形成する。そして、その上に中間膜４として
５ＯＧ（Ｓｐｉｎ　　０ｎＧｌａｓｓ）膜４を回転塗布
し、さらにその上にレジスト膜５としてフォトレジスト
等の光感光性樹脂膜５を堆積する。

次に、第２Ｂ図に示すように、ステップアンドリピート
方式の縮小投影露光機によりレジスト膜５にスペースパ
ターンを露光し、さらに現像してレジスト膜５のスペー
スパターン５ａを形成する。

さらに、第２Ｃ図に示すように、レジスト膜５のスペー
スパターン５ａをマスクとして中ｆＬ’ｌ膜４をエツチ
ングし、中間膜４のスペースパターン４ａを形成する。

そして、第２Ｄ図に示すように、中間膜４のスペースパ
ターン４ａをマスクとして有機膜３を被エツチング膜２
に達するまでエツチングし、有機膜３のスペースパター
ン３ａを形成する。この有機膜３のスペースパターン３
ａが被エツチング膜のエツチングマスクとなり、以後の
工程で被エツチング膜に所定のスペースパターンがエツ
チング形成される。なお、この有機膜３のエツチング工
程では同時に、レジスト膜５のスペースパターン５ａが
エツチング除去される。

また、第３Ａ図ないし第３Ｄ図には、第２Ａ図ないし第
２Ｄ図に示したものと同様に光露光技術を用いた従来の
３層レジストプロセスにより半導体基板上にラインパタ
ーンを形成する方法について、その製造工程を工程順に
示している。このラインパターンを形成する場合は、第
３Ｂ図に示すように、ステップアンドリピート方式の縮
小投影露光機によりレジスト膜５を露光・シ、さらに現
像してできたパターンがラインパターン５ｂであること
のみが前述のスペースパターンを形成する場合と異なっ
ている。

［発明が解決しようとする問題点］ このように、光露光技術を用いた従来の３層レジストプ
ロセスによって半導体基板上に微細パターンを形成する
場合には、微細パターンがラインパターンであっても、
あるいはスペースパターンであってもその形成工程は同
じである。ところが、形成された両パターンはその加工
寸法において精度に差が生じる。すなわち、縮小投影露
光機などの光露光機を用いて微細パターンを形成する場
合、ラインパターンではラインの幅が最小０．３μｍの
ものを得ることができるが、スペースパターンでは、た
とえば第２Ｄ図に示すスペースパターン５ａ間の溝部５
Ｃの幅が最小０，５〜０．６μｍのものが限界である。

この両パターンの寸法精度の差は、光露光機の本質的な
露光特性によって生じるものである。このため、光露光
技術を用いて形成したスペースパターンは同じ方法で形
成したラインパターンより微細化精度が悪くなるという
欠点があった。

したがって、本発明は、光露光技術を用いて形成された
スペースパターンの加工精度を向上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する。

［問題点を解決するための手段］ 本発明は、半導体基板上に形成された被エツチング膜に
所定９スペースパターンを形成するためのエツチングマ
スクを前記被エツチング膜上に形成し、前記エツチング
マスクを用いて前記被エツチング膜に微細パターンを形
成する微細パターンの形成方法であって、以下の工程を
備えている。

（ａ）　　前記被エツチング膜上にレジスト層を形成す
る工程。

（ｂ）　　前記レジスト層を光露光法を用いて露光・現
像し、前記スペースパターンとはパターン形状が反転し
た反転パターンを前記レジスト層に形成する工程。

（Ｃ）　　前記レジスト層上の全面にわたって塗布膜を
形成する工程。

（ｄ）　　前記レジスト層に形成された前記反転パター
ンの上部に塗布された前記塗布膜のみを除去する工程。

（ｅ）　前記塗布膜をマスクとして、前記レジスト層を
エツチングすることにより前記被エツチング膜上に所定
のスペースパターンを持つエツチングマスクを形成する
工程。

（ｆ）　　前記エツチングマスクを用いて前記被エツチ
ング膜に所定のパターンを形成する工程。

また本発明の一つの実施例では、前記被エツチング膜上
に形成されたレジスト層は、有機膜、中間膜、レジスト
膜を順次積層して形成した３層構造を有しており、この
３層構造を有するレジスト層に反転パターンを形成する
工程は、以下の工程を含んでいる。

（ｇ）　　前記レジスト膜を光露光法を用いて露光・現
像し、前記反転パターンを前記レジスト膜に形成する工
程。

（ｈ）　　前記レジスト膜をマスクとして前記中間膜を
エツチングする工程。

（ｉ）　　前記中間膜をマスクとして、前記を機膜をそ
の膜厚の途中までエツチングし、同時に前記レジスト膜
を除去する工程。

［作用］ 本発明においては、半導体基板上に形成された被エツチ
ング膜に、光露光法を用いて所定のスペースパターンを
形成する場合、レジスト層には、まず最初に所定のスペ
ースパターンとは形状が反転した反転パターンが、光露
光機を用いて露光現像することにより形成される。この
スペースパターンの反転パターンは線状のラインパター
ンとなり、所定のスペースパターンを直接レジスト層に
露光現像する従来の方法に比べて微細パターンの寸法精
度を高く形成することができる。

また、本発明の実施例であるレジスト層が有機膜、中間
膜、レジスト膜の３層構造である場合には、以下のよう
な作用がある。

すなわち、３層構造の最上層のレジスト膜には、所定の
スペースパターンの反転パターンが光露光法によって形
成される。そして、この反転パターンを順次３層レジス
ト層の下層へ転写し最下層の有機膜上に形成する。さら
に有機膜上に反転パターンの上部のみを除いて再び中間
膜を堆積する。

この中間膜により覆われた有機膜の部分は、以前の工程
ではエツチング除去される部分であったものが、以後の
エツチング工程では残余する部分となる。また、以前の
工程で残余する部分であった有機膜の反転パターン部は
、以後の工程ではエツチング除去される部分となる。こ
れによって有機膜上で反転パターンが再び反転し所定の
スペースパターンを形成することができる。そして、こ
のようにして形成された所定のスペースパターンは、反
転パターンの寸法精度が反映されるために高い寸法精度
を有することになる。

［実施例］ 以下、本発明の一実施例を図面を用いて説明する。ここ
で本発明の実施例を詳細に説明する前に、まず本発明の
特徴事項について説明する。

本発明の特徴は、光露光技術においては光露光機の本質
的な露光特性によってスペースパターンよりもラインパ
ターンの方が高い寸法精度が得られるという特性を利用
していることである。すなわち、半導体基板上に寸法精
度の高いスペースパターンを得るために、形成すべきス
ペースパターンを反転したラインパターンを光露光して
寸法精度の高い反転パターンを形成し、この反転パター
ンを再度反転させて所定のスペースパターンヲ形成する
。このために、スペースパターンは反転パターンの寸法
精度を反映して同様に寸法精度が高く形成される。

以下、本発明における半導体装置の微細パターンの形成
方法をその工程順に示した第１八図ないし第１Ｈ図に従
って詳細に説明する。

まず第１Ａ図において、半導体基板６上に形成された被
エツチング膜７上に、順次、有機膜８と、ＳＯＧ中間膜
９と、フォトレジストなどのレジスト膜１０を堆積し３
層レジスト層を形成する。

次に第１Ｂ図に示すように、ステップアンドリピート方
式の縮小投影露光器を用いて、被エツチング膜７に形成
すべきスペースパターンの反転パターンをレジスト膜１
０上に露光し、さらに現像してレジストパターン１０ａ
を形成する。

そして第１Ｃ図に示すように、このレジストパターン１
０ａをマスクとして中間膜９をエツチングし、中間膜９
の反転パターン９ａを形成する。

さらに第１Ｄ図に示すように、中間膜９の反転パターン
９ａをマスクとして有機膜８をその膜厚の途中までエツ
チング除去し、有機膜８の反転パターン部分８ａを形成
する。

そしてその後、第１Ｅ図に示すように、有機膜８の反転
パターン部分８ａ上に形成されている中間膜９の反転パ
ターン９ａをエツチング除去する。

さて次に、有機膜８上に形成された反転パターン８ａを
再度反転させて所定のスペースパターンを形成する工程
について説明する。

第１Ｆ図に示すように、有機膜８の上部全面に再びＳＯ
Ｇ膜１１をスピナーなどを用いて回転塗布する。この回
転塗布方法を用いることによって、ＳＯＧ膜１１の膜厚
は有機膜８の反転パターン部分８ａの上部で薄く、また
他の部分では厚く形成される。このために、第１Ｇ図に
示すように、ＳＯＧ膜１１をわずかにエツチングするこ
とにより有機膜８の反転パターン部分８ａの上部に形成
されたＳＯＧ膜のみを除去することができる。

そして、第１Ｈ図に示すように、このＳＯＧ膜１１をマ
スクとして有機膜８をエツチングすることにより、前述
の反転パターン部分８ａのみが被エツチング膜７に達す
るまで除去される。そして、結局ＳＯＧ膜１１でマスク
されて除去されずに残った有機膜８ｂが、被エツチング
膜に形成すべきスペースパターンを有するエツチングマ
スクとなる。そして、この有機膜８のスペースパターン
８ｂをマスクとして被エツチング膜７をエツチングする
ことによって所定のスペースパターンを得ることができ
る。

このようにして形成されたスペースパターンでは、たと
えば第１Ｈ図に示すスペースパターン８ｂの溝部１２の
幅は、ステップアンドリピート方式の縮小投影露光機を
用いた場合、従来では０゜５〜０．６μｍが限界であっ
たが、本発明の方法によれば、０．３〜０．４μｍのも
のが形成できた。

なお、上記の実施例では、被エツチング膜上に形成され
たレジスト層は、有機膜、中間膜、レジスト膜の３層か
らなるものについて説明したが、このレジスト層は単層
のレジスト層であっても上記の実施例と同様の効果を得
ることができる。

［発明の効果コ 以上のように、本発明によれば光露光法を用いて半導体
基板上にスペースパターンを形成する場合、まず寸法精
度が高く形成されるラインパターンとなるスペースパタ
ーンの反転パターンを形成し、その後の工程でこの反転
パターンを再び反転させて反転パターンの高い寸法精度
を反映した所定のスペースパターンを形成することがで
きる。

このために、光露光技術を用いたスペースバターンのパ
ターニング技術の精度が向上し、半導体装置の高集積化
を図ることができる。

【図面の簡単な説明】

第１Ａ図、第１Ｂ図、第１Ｃ図、第１Ｄ図、第１Ｅ図、
第１Ｆ図、第１Ｇ図および第１Ｈ図は、本発明の実施例
における半導体装置の微細パターンの形成方法をその形
成工程に従って示した工程図である。 第２Ａ図、第２Ｂ図、第２Ｃ図および第２Ｄ図は、従来
の３層レジストプロセスの手法によりスペースパターン
を形成する工程を順に示した工程図である。また、第３
Ａ図、第３Ｂ図、第３Ｃ図および第３Ｄ図は、従来の３
層レジストプロセスの手法によりラインパターンを形成
する工程を順に示した工程図である。 図において、６は半導体基板、７は被エツチング膜、８
は有機膜、８ａは有機膜の反転パターン、８ｂは有機膜
のスペースパターン、９は中間膜、９ａは中間膜の反転
パターン、１０はレジスト膜、１０ａはレジスト膜の反
転パターン、１１は再塗布されるＳＯＧ膜を示す。 なお、各図中、同一符号は同一または相当部分を示す。

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. （１）半導体基板上に形成された被エッチング膜に所定
   のスペースパターンを形成するためのエッチングマスク
   を前記被エッチング膜上に形成し、前記エッチングマス
   クを用いて前記被エッチング膜に微細パターンを形成す
   る微細パターンの形成方法であって、 前記被エッチング膜上にレジスト層を形成する工程と、 前記レジスト層を光露光法を用いて露光・現像し、前記
   スペースパターンとはパターン形状が反転した反転パタ
   ーンを前記レジスト層に形成する工程と、 前記レジスト層上の全面にわたって塗布膜を形成する工
   程と、 前記レジスト層に形成された前記反転パターンの上部に
   塗布された前記塗布膜のみを除去する工程と、 前記塗布膜をマスクとして前記レジスト層をエッチング
   することにより、前記被エッチング膜上に所定のスペー
   スパターンを持つエッチングマスクを形成する工程と、 前記エッチングマスクを用いて前記被エッチング膜に所
   定のパターンを形成する工程と、 を備えた微細パターンの形成方法。
2. （２）前記レジスト層は、前記被エッチング膜上に順次
   、有機膜、中間膜、レジスト膜を積層した３層構造であ
   る特許請求の範囲第１項記載の微細パターンの形成方法
   。
3. （３）３層構造を有する前記レジスト層に前記反転パタ
   ーンを形成する工程は、 前記レジスト膜を光露光法を用いて露光・現像し、前記
   反転パターンを前記レジスト膜に形成する工程と、 前記レジスト膜をマスクとして前記中間膜をエッチング
   する工程と、 前記中間膜をマスクとして前記有機膜をその膜厚の途中
   までエッチングし、同時に前記レジスト膜を除去する工
   程と、 を含む特許請求の範囲第２項記載の微細パターンの形成
   方法。