JPH0311611A - ホトレジストパターン形成方法 - 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】 〔概　要〕 基板上に形成したホトレジスト膜に縮小投影露光でパタ
ーン露光を行ってバクーンを形成するホトレジストパタ
ーン形成方法に関し、 パターン露光の光が単一波長であることにより定在波が
発生して、ホトレジスト膜に形成される現像の溶解速度
分布が周期的階層性のものとなるが、その周期的階層性
を緩和させて解像の向上を図ることを目的とし、 基板上に形成したポジ型ホトレジスト膜に単一波長の光
でパターン露光を行った後、該ホトレジスト膜の厚ざを
収縮させる処理（ベーキング）を施して、パターン露光
と同一波長の光でパターン露光の非照射領域が現像によ
り除去されない範囲の全面露光を行い、その後に現像を
行うように構成し、または、上記パターン露光を行った
後、パターン露光と異なる波長の光で上記全面露光を行
い、その後に現像を行うように構成する。

〔産業上の利用分野〕

本発明は、基板上に形成したホトレジスト膜に縮小投影
露光でパターン露光を行ってパターンを形成するホトレ
ジストパターン形成方法に関する。

半導体装置などの製造に必要な微細パターンの加工には
ホトリソグラフィ技術が賞用されており、この技術には
、加工対象の基板上にホトレジスト膜を形成し、パター
ン露光及び現像によりこのホトレジスト膜をパターニン
グするホトレジストパターン形成の工程がある。そして
そのパターンが極めて微細な場合には、パターン露光に
縮小投影露光を採用することが多い。

その場合、縮小投影露光で光学レンズを用いることから
パターン露光の光を単一波長にしてあり、そのために生
ずる問題を解決することが望まれている。

〔従来の技術〕

上述したホトレジストパターン形成の従来方法は、大路
次の通りである。

■　加工対象の基板（半導体装置の場合はウェーハ）上
の全面にホトレジストをスピンコードなどにより塗布し
てホトレジスト膜を形成する。

■　このホトレジスト膜に適宜な露光方法でパターン露
光を行う。

■　露光したホトレジスト膜から現像液によりレジスト
を選択的に除去する現像を行って、ホトレジスト膜をバ
ターニングしホトレジストパターンを形成する。

ここで、上記露光方法には、密着露光、近接露光、縮小
投影露光、電子ビーム露光、などがあり、形成するパタ
ーンが極めて微細な場合には、後２者が適するがスルー
プットの点から量産では縮小投影露光の採用が多い。ま
た、極めて微細なパターンに対しては、ホトレジスト膜
はその特性からポジ型が適している。

〔発明が解決しようとする課題〕

縮小投影露光は、レチクルに設けた拡大パターンを縮小
投影してパターン露光するものであり、縮小投影に光学
レンズを用いることから露光用の光を単一波長（水銀ラ
ンプのＧ線を用い４３６ｎｍにするのが一般的である）
にしである。

そのために、縮小投影露光を用いた従来方法では次のよ
うな問題が生ずる。

第３図（ａ）　（ｂ）はその問題を説明するホトレジス
ト膜断面図であり、（ａ）はパターン露光後のホトレジ
スト膜を、（ｂ）は現像後のホトレジスト膜を示す。

（ａ）において、基板１上に形成されたポジ型ホトレジ
スト膜２を単一波長のパターン露光光３で露光すると、
ホトレジスト膜２に現像の溶解速度分布が等溶解速度線
４で示すように形成される。その分布は、溶解速度の最
大となる箇所４ａがパターン露光光３の入射領域で厚ざ
方向に周期的に階層分布し、そこから上下左右方向に離
れるに従って溶解速度が低下している。

この分布の形成は、ホトレジスト膜２の内部で、入射光
、下面からの反射光、二次的に発生する上面や下面から
の反射光、により光の干渉が起きて定在波が発生するこ
とに起因しており、上記溶解速度最大筒所４ａの周期は
この定在波の周期となる。

このために現像後のホトレジスト膜２のプロファイルは
、（ｂ）に示すように、ホトレジスト膜２の上面側の開
口が下面側より広がったテーパ状となる。それは、パタ
ーン露光光３の入射領域に溶解速度の遅い箇所が溶解速
度最大筒所４ａと交互に周期的階層をなしでに存在し、
ホトレジストが上面から下面まで逐次除去される間に上
面側の側部のホトレジスト除去が進行するためである。

このことから、縮小投影露光を用いた場合の従来方法で
は、それが極めて微細なホトレジストパターンの形成に
適するものであるとはいえ、パターンの微細化程度の成
るところまで解像に対する上記テーパ状のプロファイル
による影響を許容し得ても、微細化が高度になると（ｂ
）の右側に示すように解像することが困難になる問題が
ある。

この問題は、上述の説明から明らかなように、」二足熔
解速度分布の周期的階層性に起因している。

そこで本発明は、基板上に形成したホトレジス］・膜に
縮小投影露光でパターン露光を行ってパクンを形成する
ホトレジストパターン形成方法において、パターン露光
の光が単一波長であることにより定在波が発生して、ホ
トレジスト膜に形成される現像の溶解速度分布が周期的
階層性のものとなるが、その周期的階層性を緩和させて
解像の向上を図ることを目的とする。

〔課題を解決するための手段〕

上記目的は、基板上に形成したポジ型ホトレジスト膜に
単一波長の光でパターン露光を行った後、該ホトレジス
ト膜の厚さを収縮させる処理を施して、パターン露光と
同一波長の光でパターン露光の非照射領域が現像により
除去されない範囲の全面露光を行い、その後に現像を行
う本発明の方法によって達成され、上記ホトレジスト膜
の厚さを収縮させる処理は、ベーキングによって行うこ
とができる。

また上記目的は、基板」−に塗布したボトレジスト膜に
単一波長の光でパターン露光を行った後、パターン露光
と異なる波長の光でパターン露光の非照射領域が現像に
より除去されない範囲の全面露光を行い、その後に現像
を行う本発明の方法によって達成される。

〔作　用〕

パターン露光の後に行う上記全面露光は、パターン露光
の非照射領域が現像により除去されない範囲のものであ
り、然も、本発明の前者においては光の波長をパターン
露光と同一にして行うが、パターン露光したホトレジス
ト膜の厚さを事前に収縮させることにより、また後者に
おいては光の波長をパターン露光と異ならせて行うこと
により、ホトレジスト膜に発生する定在波の周期が、パ
ターン露光により形成された溶解速度分布の階層周期と
異なるものとなる。

従ってこの全面露光は、パターン露光光の入射領域に周
期的階層をなして存在した溶解速度の遅い箇所を溶解速
度のより速いものに変え、現像の際のホトレジストが上
面から下面まで逐次除去される間における上面側の側部
のホトレジスト除去を極めて少なくさせる。

このことから、縮小投影露光でパターン露光を行ってパ
ターンを形成するホトレジストパターン形成において、
解像の向上を図ることが可能となる。

〔実施例〕

以下本発明の第１及び第２実施例について、第１図（ａ
）〜（ｄ）及び第２図（ａ）〜（Ｃ）のホトレジスト膜
断面図を用いて説明する。全図を通し同一符号は同一対
象物を示す。

第１実施例を説明する第１図（ａ）〜（ｄ）において、
先ず（ａ）を参照して、半導体ウェーハなる基板１上に
ポジ型ホトレジストをスビンコートシて全面にホトレジ
スト Ｇ線）の単一波長光を用いた縮小投影露光によりパター
ン露光する。ホトレジストはＴＳＭＲ−Ｖ３（東京応化
製）、ホトレジスト膜２の厚さ１．ば１、０４μｍ、露
光時間は３００ｍｓである。この露光時間は後程に全面
露光があるので従来の場合よりも短くしである。

このパターン露光では、パターン露光光３の照射により
、従来の場合と同様に、ホトレジス１−膜２に現像の溶
解速度分布が等溶解速度線４で示すように形成され、パ
ターン露光光３の入射領域に階層分布する溶解速度最大
筒所４ａの厚さ方向の周期λ１．は、 λ１１＝λ。＋／　２　ｎ　＝　１２８．３ｎｍ但し、
λ。、はパターン露光光３の波長ｎ　はホトレジスト膜
２の屈折率 である。

次いで（ｂ）を参照して、ホトレジスト膜２をベーキン
グしてその厚ざをｔ，＝１．０４μｍからｊｚ＝１．０
０８ｍに収縮させる。ベーキングの条件は１１０°Ｃ、
９０ｓである。　こうすることにより、先の溶解速度最
大筒所４ａの厚さ方向の周期は、λ，，ー１２８．３ｎ
ｍからλ１□−λ＋　＋　Ｘ　ｔｚ／　ｔ＋−１２３．
４１ｎｍに変化す０ 次いで（Ｃ）を参照して、先のパターン露光と同一波長
の光５でパターン露光の非照射領域が現像により除去さ
れない範囲の全面露光を行う。ここではパターン露光に
用いた縮小露光装置を用いレチクルを外して全面露光し
、露光時間は４０ｍ５である。

全面露光光５の波長はいうまでもなく　４３６ｒ＋ｍで
ある。

この全面露光は、ホトレジスト膜２の屈折率ｎが先のベ
ーキングの後にも殆ど変化しないことから、溶解速度最
大筒所４ａの周期λ１□＝１２３．４１ｎｍと異なる周
期λ＋　＋＝１２８．３ｎｍの定在波をホトレジスト膜
２の内部に発生させて、パターン露光光３の入射領域に
溶解速度最大筒所４ａと交互に周期的階層をなして存在
した溶解速度の遅い箇所を溶解速度のより速いものに変
え、これにより配置が変化した等溶解速度線４が示すよ
うに、パターン露光光３の入射領域の全域が易溶となる
溶解速度分布に変化させる。

次いで（ｄ）を参照して、現像を行ってホトレジスト膜
２をパターニングし、ホトレジストパターンを形成する
。現像液はＴ　Ｍ　Ａ　ＨＯを水で希釈したもの、現像
方法はパドル現像、現像時間は６５ｓである。

この現像では、（Ｃ）の溶解速度分布により、ホトレジ
ストが上面から下面まで逐次除去される間における上面
側の側部のホトレジスト除去が極めて少なくなり、現像
後のホトレジスト ァイルが従来の場合よりも急峻になって解像が向上する
。

本発明者の確認によれば、上記実施例とそこから上記ベ
ーキング及び全面露光を省略して露光を適正時間のパタ
ーン露光のみにした従来の場合とを比較したところ、ホ
トレジストパターンの解像は従来の場合の０．８μｍか
ら実施例の０．７μｍに向上している。

次に第２実施例を説明する第２図（ａ）〜（Ｃ）におい
て、先ず（ａ）を参照して、第１実施例と同じにしてポ
ジ型ホトレジスト膜２の形成とパターン露光を行う。ホ
］・レジスト膜２に形成される現像の溶解■１ ２ 速度分布は第１実施例と同じになる。

次いで、パターン露光と異なる波長の光６でパターン露
光の非照射領域が現像により除去されない範囲の全面露
光を行う。ここでは、パターン露光光３の波長λ。ｌが
４３６ｎｍ　（水銀ランプのＧ線〕であることから全面
露光光６に波長λ。２が６４３ｎｍである水銀ランプの
Ｈ線を用い、全面露光の光強度及び露光時間を第１実施
例の全面露光と同じにしである。

この全面露光は、ホトレジスト膜２の内部に溶解速度最
大箇所４ａの周期λＩ＋−１２８．３ｎｍと異なる周期
λ＋　３＝　１８９．２ｎｍの定在波を発生させて、第
１実施例の場合と同様に、先の溶解速度分布をパターン
露光光３の入射領域の全域が易溶となる溶解速度分布に
変化させる。その状態は配置が変化した等溶解速度線４
によって示される。

次いで（Ｃ）を参照して、現像を行ってホトレジスト膜
２をパターニングし、ホトレジストパターンを形成する
。この現像では、現像液、現像方法、現像時間を第１実
施例と同しにしてあり、現像後のホトレジスト膜２のプ
ロファイルが第１実施例と同様に急峻になって、解像が
従来の場合よりも向上する。

本発明者の確認によれば、この第２実施例においても第
１実施例と同様なホトレジストパターンの解像の向上が
見られる。

なお本発明は、上述した実施例の説明で理解される原理
から明らかなように、ポジ型ホトレジストの種類、ホト
レジスト膜の厚さ、ホトレジスト膜の厚さ収縮量、パタ
ーン露光または全面露光の露光光の波長、それぞれの露
光時間、などが実施例に限定されるものではない。

〔発明の効果〕

以上説明したように本発明の構成によれば、基板上に形
成したホトレジスト膜に縮小投影露光でパターン露光を
行ってパターンを形成するホトレジストパターン形成方
法において、パターン露光の光が単一波長であることに
より定在波が発生して、ホトレジスト膜に形成される現
像の溶解速度３ ４ 分布が周期的階層性のものとなるが、その周期的階層性
を緩和させて解像の向上を図ることができて、パターン
が微細であるために用いる縮小投影露光の特徴の十分な
る発揮を可能にさせる効果がある。

【図面の簡単な説明】 第１図（ａ）〜（ｄ）は第１実施例を説明するホトレジ
スト膜断面図、 第２図（ａ）〜（Ｃ）は第２実施例を説明するホ（・レ
ジスト膜断面図、 第３図（ａ）　（ｂ）は従来方法の問題を説明するホト
レジスト膜断面図、 である。 ４ａは熔解速度最大箇所、 ５．６は全面露光光、 ｔＩｓ　ｔ２はホトレジスト膜の厚さ、λ０９、λｏ２
は露光光の波長、 λ１１、λ１□は溶解速度最大箇所の周期、である。 図において、 ■は基板、 ２はポジ型ホトレジスト膜、 ３はパターン露光光、 ４ば等溶解速度線、 ５ ６

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １）基板上に形成したポジ型ホトレジスト膜に単一波長
   の光でパターン露光を行った後、該ホトレジスト膜の厚
   さを収縮させる処理を施して、パターン露光と同一波長
   の光でパターン露光の非照射領域が現像により除去され
   ない範囲の全面露光を行い、その後に現像を行うことを
   特徴とするホトレジストパターン形成方法。 ２）上記ホトレジスト膜の厚さを収縮させる処理は、ベ
   ーキングによって行うことを特徴とする請求項１記載の
   ホトレジストパターン形成方法。 ３）基板上に塗布したホトレジスト膜に単一波長の光で
   パターン露光を行った後、パターン露光と異なる波長の
   光でパターン露光の非照射領域が現像により除去されな
   い範囲の全面露光を行い、その後に現像を行うことを特
   徴とするホトレジストパターン形成方法。