JPH02312221A - エキシマレーザによるレジストパターン形成方法及びエキシマレーザ露光装置 - 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〕 この発明は、エキシマレーザ光によるレジストパターン
形成方法において、現像時の基板付近でのレジスト溶解
速度を上げることにより矩形で良好なレジスト膜ぐター
ンを形成する方法に関するものである。

また、半導体製造に用いる光学露光装置、特にエキシマ
レーザを光源とする縮小投影露光装置に関するものであ
る。

〔従来の技術〕

半導体集積回路の高集積化が進むにつれて、解像度の向
上が要求されている。高解像度化の方法としては、光学
レンズの開口数（ＮＡ）の拡大、レジスト材料とプロセ
スの改良、光源の短波長化等が考えられる。現在、光源
の短波長化が活発化しており、特に短波長で強力な遠紫
外光を発生するエキシマレーザ光によるレジストパター
ン形成方法が注目されている。

第２図は、従来のエキシマレーザ光によるパターン形成
方法を示す工程断面図である。図において、１は半導体
基板、２はレジスト膜であり、有機高分子材料の溶液を
塗布して形成したものである。３はＫｒＦ　（フッ化ク
リプトン）エキシマレーザ光、４はレティクル、５はレ
ジスト２がＫｒＦエキシマレーザ光３に感光した露光部
である。

次に、従来のレジストパターン形成方法を説明する。

まず、半導体基板１に、例えばスピンコード法により、
レジスト膜２を０．８〜１．０ａｍの厚さに形成し、１
００　’Ｃで７０秒間プリベークを行う（第２図（ａ）
参照）。次に、ＫｒＦエキシマレーザ光３により縮小投
影露光を行い、レジスト２にパターンを転写し、露光部
５を形成する（第２図（’ｂ）参照）。次に、２．３８
パーセントのＴＭＡＨ（テトラメチルアンモニウムハイ
ドロオキサイド）で現像することにより、露光部５を溶
失させ、ポジ型レジストパターンを形成する（第２図（
Ｃ）参照）。

従来より、リソグラフィ工程では、超高圧水銀ランプを
光源とする縮小投影露光法が用いられてきた。この方法
では縮小投影レンズが複数の材質により構成されている
ため、露光波長を中心に色収差補正が可能となり、この
ためアライメント光として露光波長以外の光を用いて縮
小投影レンズを介するアライメント、すなわちＴ　Ｔ　
Ｌ　（Ｔｈｒｏｕｇｈ　Ｔｈｅ　Ｌｅｎｓ）アライメン
トが可能である。

一方、上記のようにエキシマレーザを光源とする縮小投
影露光法では、投影レンズが石英のみで構成されている
ため、狭帯域化した特定の波長と、それ以外の波長では
色収差のため結像面が異なる。

このためアライメントはＴＴＬ方式ではなく、第５図に
示すようなｏｆｆ−ａｘｉｓ方式で行われる。第５図に
おいて、６は縮小投影レンズ、６′はアライメント用レ
ンズ、７はウェハ、９はレティクル、１１′はＨｅ−Ｎ
ｅレーザ、１２はアライメント処理系、１５はビームス
プリッタ、１６は全反射鏡、１７は検知器である。ここ
では、アライメントは投影レンズ６に精密に位置合わせ
されたアライメント用レンズ６゛により行われ、その後
、ステージ精度に頼ってウェハを露光位置に移動させる
。

〔発明が解決しようとする課題〕

従来のエキシマレーザ光によるレジストパターン形成方
法では、レジスト表面でエキシマレーザ光の強い吸収が
おこるため、レジストの表面ではオーバー露光され、底
面では露光不足となる。その結果、現像時において、レ
ジスト表面付近では溶解速度が大きく、底面付近では溶
解速度が小さくなり、現像後に形成されたレジストパタ
ーンは、第３図（Ｃ）に示すように、表面側で狭く底面
側で広いテーパー状になってしまうという問題があった
。

また、従来のエキシマレーザ露光装置は上記のように構
成されているので、ステージ精度に依存する。ｆｆ−ａ
ｘｉｓアライメント方式となり、アライメント誤差が生
じやすいという問題があった。

この発明は上記のような従来のものの問題点を解消する
ためになされたもので、エキシマレーザ光によるレジス
トパターン形成方法において、矩形で良好な微細パター
ン形成が可能なレジストパターン形成方法を得ることを
目的とする。

また、単一材料で構成された投影レンズを備えたエキシ
マレーザ露光装置においても、ＴＴＬアライメント方式
が可能なエキシマレーザ露光装置を得ることを目的とす
る。

〔課題を解決するための手段〕

この発明に係るエキシマレーザ光によるレジストパター
ン形成方法では、基板上に必要なレジスト膜厚の１／２
の膜厚でレジストを塗布し、光で全面照射を行い、所要
の表面処理用溶液を用いて表面処理を行い、再び上記と
同じ厚みのレジストを塗布することにより必要な膜厚と
し、エキシマレーザによるイメージ露光を行い、その後
所要の現像液で現像するようにしたものである。

また、この発明に係る露光装置は、連続発振可能なレー
ザをアライメント用光源に用い、更に波長変換素子を用
いて、アライメント光を露光波長近傍に変換した後、縮
小投影レンズを通してウェハ上のアライメントマークを
照射するようにしたものである。

〔作用〕

この発明におけるエキシマレーザ光によるレジストパタ
ーン形成方法では、エキシマレーザ光によりイメージ露
光する前に、レジストを２回に分けて塗布し、１回目の
レジスト塗布後に光で全面照射を行い、現像時のレジス
ト露光部の底面付近の溶解速度を上げるようにしたので
、現像後は、矩形で良好なレジストパターンを得ること
ができる。

また、この発明におけるエキシマレーザ露光装置では、
アライメント光を露光波長に変換するようにしたので、
ＴＴＬアライメント方式を用いることができ、高精度な
アライメントが可能となる。

〔実施例〕

以下、この発明の一実施例を図について説明する。

第１図は、この発明の一実施例によるエキシマレーザ光
によるパターン形成方法を示す工程断面図である。図に
おいて、第２図と同一符号は同一部分を示す。

次にそのレジストパターン形成方法について説明する。

まず半導体基板１上に、例えばスピンコード法によりレ
ジスト膜２を０．５〜０．７　μｍの厚さに形成する（
第１図（ａ）参照）。次に、上記レジスト膜２に、Ｋｒ
Ｆエキシマレーザ光３を全面照射しく第１図（５）参照
）、その後ベンゼン、トルエン、キシレン等の芳香族炭
化水素化合物で表面処理を行う。この表面処理は、上記
レジスト膜２上に再びレジストを０．３〜０，５　μｍ
ｌｌ布する際に、ミキシングが起こらないようにするた
めである（第１図（Ｃ）参照）。

次に、表面処理を行ったレジスト膜２上に、レジスト膜
２と同じレジストを、例えばスピンコード法により０．
３〜０．５　μｍ塗布する（第１図（ｄ）参照）。次に
、この２回塗布したレジスト膜を、ＫｒＦエキシマレー
ザ光でイメージ露光する（第１図（ｅ）参照）。最後に
、２．３８パーセントのテトラメチルアンモニウムヒド
ロキシド水溶液（ＴＭＡＨ）で現像を行うと、第１図（
ｆ）に示すように矩形で良好なパターンを得ることがで
きる。

なお、上記実施例では、最初の全面照射をＫｒＦエキシ
マレーザを用いて行ったが、これは波長が３０８　ｎｍ
の塩化キセノン（ＸｅＣ／２）エキシマレーザや、波長
が１９３ｎｍの弗化アルゴン（Ａｒ　Ｆ）エキシマレー
ザ、または波長が３６５ｎｍＯ１線や、波長が４３６　
ｎｍのｇ線を用いてもよく、上記実施例と同様の効果を
示す。

また、上記実施例では、レジスト膜の表面処理をベンゼ
ン、トルエン、キシレン等の芳香族炭化水素化合物を用
いて行ったが、これはテトラメチルアンモニウムヒドロ
キシド水溶液等のアルカリ水溶液、またはトリクロロト
リフルオロエタン等のフッ素原子を含む炭化水素化合物
を用いてもよく、上記実施例と同様の効果を示す。

次に、この発明の第２の実施例によるエキシマレーザ露
光装置について説明するつ 第３図は本発明の第２の実施例によるエキシマレーザ露
光装置を示す構成図である。図において、６は縮小投影
レンズ、７は半導体ウェハ、８はアライメントマーク、
９はレティクルであり、アライメント系は、連続発振Ａ
ｒイオンレーザ１１、第２高調波変換用光学素子１０、
石英製ビームスプリッタ１５、光路変更用全反射鏡１６
、及びアライメント処理部１２により構成されている。

なお、光源部ＫｒＦエキシマレーザ及び照明系、Ｘ−Ｙ
ステージは省略している。本実施例では、光源としては
ＫｒＦエキシマレーザ（λ＝２４８ｎｍ）を、アライメ
ント用レーザとしてはＡｒイオンレーザ（λ−４８８ｎ
ｍ）を使用している。また、波長変換後のアライメント
波長としては、Ａｒイオンレーザの第２高調波（λ−２
４４ｎｍ）を用いるものとする。

次に動作について説明する。

出力数Ｗ級Ａｒイオンレーザ１１より照射された光（λ
＝４８８ｎｍ）１３は、第２高調波変換用光学素子１０
により決まる変換効率に従って（通常１％以下）波長２
４４　ｎｍの光１４に変換され、ビームスプリッタ１５
を通った後、全反射鏡１６により縮小投影レンズ６に照
射される。縮小投影レンズ６を通った光はウェハ７上に
形成されたアライメントマーク８を照射する。

アライメントマーク８は、ウェハ７上で凹凸形状をして
いるため、そのエツジ部で散乱光を生じる。散乱光は縮
小投影レンズ６により集光され、入射光と同じ経路をた
どり、ビームスプリッタ１５によりアライメント処理系
１２に導かれる。アライメント処理系１２は制御系と連
結されており、アライメント信号をもとに位置を計算し
てアライメントを行う。

上記実施例では、アライメント系はすべて固定しており
、アライメントマークを特定位置に移動させる方法、す
なわちＴ　Ｔ　Ｌ　−ｏｆｆ　ａｘｉｓ方式を用いたが
、平行及び回転移動可能な全反射鏡等の光路変換系をビ
ームスプリッタ以後に設けて、露光領域の任意位置を照
射する事も可能である。

さらに、第４図に示すように、ビームスプリッタ１５′
によりアライメント光をレティクル側に導き、レティク
ル上のアライメントマークを照射し、レティクル側アラ
イメント光とウェハ側アライメント光を同時処理するＴ
　Ｔ　Ｌ　−ｏｎ　ａｘｉｓアライメント方式をとるこ
とも可能である。

なお、上記実施例では照射光源としてＫｒＦエキシマレ
ーザを用いたが、本発明の照射光源はこれに限定される
ものではない。

〔発明の効果〕

以上のように、この発明に係るエキシマレーザ光による
レジストパターン形成方法では、エキシマレーザ光によ
りイメージ露光する前に、レジストを２回に分けて塗布
し、１回目のレジスト塗布後に光で全面照射を行うので
、現像時のレジスト露光部の底面付近での溶解速度が上
がり、現像後は矩形で良好なレジストパターンが得られ
る効果がある。

また、この発明に係る露光装置では、出力安定な連続発
振するレーザ光を波長変換により照射用光源と等しい波
長に変換するため、縮小投影レンズを介した、いわゆる
ＴＴＬアライメントが可能となり、アライメント精度が
向上するという効果がある。

【図面の簡単な説明】

第１図は、この発明の一実施例によるレジストパターン
形成方法を示す工程断面図、第２図は、従来のレジスト
パターン形成方法を示す工程断面図、第３図はこの発明
の第２の実施例によるエキシマレーザ露光装置を示す図
、第４図はこの発明の第３の実施例によるエキシマレー
ザ露光装置を示す図、第５図は従来のｏｆｆ−ａｘｉｓ
方式によるアライメントを説明するための図である。 図において、■は半導体基板、２はレジスト膜、３はエ
キシマレーザ光、４はレティクル、５はレジスト露光部
、６は縮小投影レンズ、６″はアライメント用レンズ、
７はウェハ、８はアライメントマーク、９はレティクル
、１０は波長変換素子、１１はＡｒイオンレーザ、１１
′はＨｅ−Ｎｅレーザ、１２はアライメント処理系、１
３は変換前のレーザ光、１４は変換後のレーザ光、１５
，１５′はビームスプリンタ、１６は全反射鏡、１７は
検知器である。 なお図中同一符号は同−又は相当部分を示す。

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）半導体装置製造のためのエキシマレーザ光による
   レジストパターン形成方法において、半導体基板上に必
   要な膜厚の１／２の膜厚でレジスト膜を形成する第１の
   工程と、 上記レジスト膜に光を全面照射した後、所要の表面処理
   用溶液で表面処理を行う第２の工程と、上記レジスト膜
   上に上記と同じレジストを同じ膜厚で塗布し、必要な膜
   厚とする第３の工程と、上記レジスト膜をエキシマレー
   ザ光によりイメージ露光し、所要の現像液で現像する第
   ４の工程を備えたことを特徴とするレジストパターン形
   成方法。
2. （２）縮小投影レンズ、ウェハステージ、レティクルス
   テージ、エキシマレーザ光源からなる光学露光装置にお
   いて、 連続発振可能なレーザ、波長変換素子、ビームスプリッ
   タ、信号処理部からなるアライメント光学系を備えたこ
   とを特徴とするエキシマレーザ露光装置。