JPH03254110A - パタン形成方法 - 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】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、半導体集積回路等を製作する際に用いる微細
パタンを形成するパタン形成方法に関するものである。

〔従来の技術〕

従来、半導体集積回路等の微細パタンを形成するには、
リソグラフィと呼ばれる技術を用いている。これまで主
として用いられてきたのは石英等の光透過性基板上にＣ
ｒ等の遮光体によう所要のパタン管形成したレチクルを
用意し、投影露光光学系を通して被露光基板上に塗布し
た感光性樹脂（以下レジストと呼ぶ）に上記レチクル上
のパタンを短波長可視光〜遠紫外光を用いて投影露光転
写する方法、いわゆる光リングラフィ技術である。

投影露光光学系としては１１５またｉｉｌ／１０縮小の
レンズ光学系が最も一般的であるが、ミラー光学系や１
対１転写の光学系を用いる装置も使われている。

転写し得るパタンの最小寸法、すなわち投影光学系の解
像度は、光の回折現象に支配され、大路用いる投影光学
系の開口数と露光光線の波長によって決定される。そし
て、開口数が大きく、波長が短い程高解像となる。

〔発明が解決しようとする課題〕

しかしながら、従来のパタン形成方法によると、開口数
の増加は、光学系を構成する光学素子材料の大きさや材
料特性、光学系設計上の制約等から露光領域に対する制
限を生じ、筐た、焦点深度の狭小化を招く。また、短波
長化に関しても安定で十分の照度をとれる光源が実在し
、レチクルや投影光学系での透過率を十分確保でき、か
つ収差が少ない投影光学系が得られるという条件を満た
す必要がある。このため、超高圧水銀灯のｇ＃またはｉ
ｌｓを利用する投影露光装置がほとんどでＫｒＦエキシ
マレーザやＡｒＦエキシマレーザさらにハＦｚエキシマ
レーザを用いる装置が将来的に期待されている程度の段
階である。

以上のような制約から短波長可視光〜遠紫外光を用いる
投影露光では、１０〜２０ｍｍ’程度の露光領域と±１
μｍ１μｍ程の実用的々焦点深度を確保しようとすると
、パタンの最小寸法は０．４〜０．５μｍ程度が限界で
それ以下の微細パタンの形成は極めて困難である。

一方、波長２Ａ〜５０Ａの軟Ｘａｔ−露光光線として用
い、Ｘ線透過薄膜上にＸ線吸収体重金属パタンを配した
Ｘ線マスクにレジストを塗布した被露光基板を近接させ
て置き、前記波長のＸ線で一対一の転写を行なう方法と
してＸ線リソグラフィ技術がある。

Ｘ＠露光光は、露光光線の波長が前記の光露光の場合に
比して２桁以上も短かいため、近接間隔を概ね５０μｍ
以下とすれば、０．２μｍ以下の高解像性が得られる。

筐た、近接間隙や露光時間、被露光基板の表面段差等に
対するパタン形成のプロセス余裕が極めて大きい。

しかしながら、Ｘ＠露光光は厚さ０．５〜数μｍ程度の
極めて薄いＸ線透過膜上にＸ線吸収能力を確保するため
、０．５〜１μｍ程度の犀さの吸収体金屑のパタンを精
度良く形威したＸ線マスクを用いる必要がある。

ところが、例えば文献（Ｔｅｃｈｎｉｅａｌ　Ｄｉｇｅ
ｓｔｏｆ　Ｐａｐｅｒｓ　ＶＬＳＩ　Ｓｙｍｐｏｓｉｕ
ｍ　１９８Ｌ　Ｉ−４（Ｐ９〜１０））に開示されてい
るようにＸＩ！マスクの吸収体パタン位置を高精度に制
御することは極めて難しい課題となっている。Ｘ線マス
クツくタン位置の誤差は、Ｘ線吸収体パタンを形成する
ための電子ビーム描画装置によるパタン描画誤差と、マ
スク基板をバックエツチングしてＸ線透過薄膜を形成す
る工程等マスク加工過程でのパタン位置シフトとがほぼ
半々の比率で利いている。そして、バックエツチングを
先に行ってからＸ１Ｉｉ！吸収体を形成する場合でも、
Ｘ線吸収体を形威した後にバックエツチングを行なう場
合でも、Ｘ、＠吸収体の応力によってＸｆｉｌ透過薄膜
が吸収体パタンの密度や分布に応じて局所的に変形し、
吸収体パタン位置のシフｉ引き起こす現象が対策をとＣ
Ｋ＜いパタン位置誤差要因として特に問題視されている
。

Ｘ線マスクのパタン位置精度會十分に高精度化すること
ができないと、半導体集積回路等を製作する際にパタン
の微細度に見合った層間の重ね合わせ精度ｔ−ａ保する
ことができず、回路素子の微細化が十分に達成されない
。

また、Ｘａ露光光、転写の際、各々のパタン要素の形成
が隣接する他のパタン要素の存在に影響されにくいとい
う長所を有している。このため、パタン密度が密な微細
パタン中太パタンに近接した微細パタンの形成に有利で
ある。しかしながら、転写會行なうには予めそのような
パタン密度が密な微細パタン中太パタンに近接した微細
パタンを有するＸ線マスクを製作しなければならない。

ところが、Ｘ線マスクのパタンは上記のように通常電子
ビーム描画によって作製するため、そうしたＸ線マスク
パタンは極めて作シにくかった。

なぜならば、電子ビーム描画の場合、電子の広がｂが大
きいため１つのパタン要素の描画がその周辺に影響を与
える効果（以下近接効果と呼ぶ）が極めて大きい。その
ため、折角Ｘ線露光が緻密な微細パタン中太パタンに近
接した微細パタンの転写に向いていながら、Ｘ線マスク
が作製困難な故に使用できないこともあった。

したがって本発明は、Ｘ線露光でしか形成できない微細
度のパタン要素を含む微細パタンから光露光でも形威で
きる寸法の大きいパタン部分を分けて切シ離し、Ｘ線露
光の使用を光露光では形威しにくい微細パタン部分のみ
の形成に限定することによシ、Ｘ線マスクの精度を上げ
易くし、良いパタン位置精度２層間重ね合わせ精度でＸ
線露光を行なうパタン形成方法を提供することを目的と
している。

また、ＸＩ！露光で転写するパタンを一部の微細パタン
のみに限定することによう、Ｘ＃マスクのパタンを電子
ビーム描画する際に近接効果の影響を低減するパタン形
成方法を提供することを目的としている。

〔課題を解決するための手段〕

このような課題を解決するために本発明は、形成しよう
とする微細パタンＸ線露光で形成する極めて微細なパタ
ン要素群と光露光で形成する前記以外のあまシ微細でな
いパタン要素群とに分け、それぞれのパタン要素群のみ
を有するＸ線マスクと光露光用レチクルとを製作し、各
々を用いて被露光基板上に塗布したレジストにＸ線露光
と光露光とを施工した後、現像工程を通す。レジストと
してＸ線と光双方に感度を有するものを用いれば、現像
後のパタンとしてＸ線露光で得られる極めて微細なパタ
ン要素群と前記以外のあｔｐ微細でないパタン要素群と
が合成された当初所望の微細パタンか形成される。場合
によってはＸ線露光、光露光のうちのいずれか一方の露
光を行った後、−旦現像し、その後に残シの一方の露光
を行って再度現像しても良い。

〔作用〕

本発明においては、かかる手段でパタンを形成すると、
一般に半導体集積回路等で極めて微細なパタン要素群の
面積比率はほんの僅かであることから、Ｘ線露光で形成
されるパタン要素群が微細パタン全体のうちの極めて僅
かな量となる。このため、Ｘ線マスクの画素数が大幅に
減少する。

Ｘ＠マスクのパタンを電子ビーム描画装置で描画する際
のパタン位置誤差は、主として電子ビームの経時ドリフ
トに依っている。したがって画素数が大幅に減少し、描
画時間が非常に短くなれば、Ｘ＠マスクパタンの描画位
置精度は大幅に向上する。管た、Ｘ線吸収体の応力によ
るＸ線マスクパタン位置の局部的々シフトは吸収体パタ
ンの分布と面積比率に依存するため、Ｘ線マスク上のパ
タンとして極めて微細なパタンか面積的にほんの僅かし
か存在しないということは、Ｘ線吸収体応力によるパタ
ン位置の局部的衣シフトが最も生じにくい条件になる。

このようにパタン描画と吸収体応力による歪みの両方の
点でＸ線マスクパタン位置誤差の発生を防げるので、Ｘ
！！マスクのパタン位置精度を総合的に大幅に改善可能
となる。

〔実施例〕

以下、図面を用いて本発明の実施例を詳細に説明する。

（実施例１） 第１図は本発明によるパタン形成方法の一実施例を説明
する図である。図において、第１図（ａ）はゲートパタ
ンの平面図を示しておシ、１はゲートライン、２はゲー
トパッドである。

ウェハ全面にゲートに加工する導電体材料、例えばポリ
シリコンを膜付けしておき、その上に第１図（ａ）に示
すような形状のレジストパタンを形成して該レジストパ
タンをエッチングマスクトシテ下地のポリシリコン膜を
エツチングすればゲートパタンができる。

ゲートのレジストパタンを形成するにあたシ、本発明で
は第１図（ｂ）に示すように斜線で示したゲートライン
１のみをＸ線露光で転写し、ゲートパッド２＋−１ｅ露
光で転写する。

Ｘ、＠露光で転写する部分と光露光で転写する部分との
境界は、Ｘ線露光と光露光との位置合わせが極めて高精
度にできればびったシに分離しても良いが、一般には誤
差があるので、少しオーバーラツプするようにしておく
。すなわち、Ｘ線露光で形成するゲートライン１を第１
図（ｂ）の斜＃’を施した形状にして訃き、これに実線
で輪郭を示した光露光転写のゲートパッド２が確実に重
なるようにする。第１図（ｂ）のように両方の露光領域
が重畳した形でゲートライン１のＸ線露光およびゲート
パッド２の光露光を行ない、その後、現像を行えば第１
図（ａ）に示した平面形状のゲートパタンができる。

例えば、ウェハ表面に堆積したゲート材料のポリシリコ
ン膜上にレジスト（東京応化工業製＝ＯＦＰＲ８００）
を１μｍ厚に塗布して２００℃でハードベークし、その
上にシリコン含有レジスト（ＮＴＴ開発：５ｐｐ）を０
．３μｍ厚に塗布する。かかる２Ｎレジスト構威にして
１ず、ゲートライン１の部分のみにＸｆ５！を照射する
。次にゲートパッド２の部分のみに遠紫外光ないしは紫
外光を照射する露光を行なう。

具体的には、Ｘ線露光はシンクロトロン放射光の軟Ｘ＠
金用いて１：１近接露光で行ない、光露光には１７′５
縮小投影ｉ線ステツパを用いた。

この後、ポストエクスポージャーベークを行ない、次に
全面に紫外光を照射してから現像液としてテトラメチル
アンモニウムヒドロキシド（ＴＭＡＨ）０．８％の水溶
液を用いて現像した。シリコン含有レジス）　（ＳＰＰ
）は最初にＸ線または遠紫外光を照射した後、紫外光を
全面照射した部分だけが残シ、他は溶は去る。

したがって第１図（、）に示した平面形状のゲートレジ
ストパタンができる。シリコン含有レジスト（ｓｐｐ）
のパタンをマスキング材として下層のレジス）　（ＯＦ
ＰＲ８００）？酸素中で反応性イオンエツチング（０２
ＲＩＥ）Ｌ、さらに該レジスト（ＯＦＰＲ８００）をマ
スキング材としてゲートポリシリコンをドライエツチン
グすれば、ゲートポリシリコンの微細パタンか得られる
。

このようにしてゲートパタンを形成すれば、Ｘ線で露光
してパタンをつくるのはゲートライン１０部分だけであ
るから、面積はほんの価かとなる。

このため、転写に用いるＸ線マスクを作る際、パタンの
電子ビーム描画は極めて短い時間で可能となる。筐た、
Ｘｌｓマスクの吸収体はほんの一部が除去されるだけな
ので、Ｘ線マスク製作過程でのパタン位置の局部的な変
位も起こら々い。したがってゲートラインのパタン位置
精度は良くなる。

一方、ゲートライン１とゲートパッド２との間にはＸ線
露光と光露光の位置合わせ誤差が入るため、相対位置ず
れが生じるが、ゲートライン１とゲートパッド２とが切
れることさえなければ、相対位置関係の余裕度が大きい
ので、全く問題ない。第１図６〉に示したように一部を
重ねて露光すれば確実に解決できる。

筐た、最も微細で同じ位の寸法のパタンだけを大きいパ
タンと分けて露光するので、それぞれの露光時の条件を
最適化しやすく、パタン寸法精度も出し易い。

（実施例２） 第２図は表面弾性波フィルタの電極指パタン形成時に本
発明によるパタン形成方法を適用する場合の説明図であ
る。同図にかいて、電極指パタン３の寸法は、光露光で
は形成できない微細性が要求されている。一方、電極指
パタン３の端は、大きい電極パタン４と々る。

従来このよう危パタンｔ−Ｘ線で一括露光するマスクを
作ろうとすると、大きい電極パタン４ｔ−電子ビーム描
画する時の影響が近接効果として微細電極指パタン３の
部分に及んで電極指が切れたシ隣とつながってし！い、
Ｘ線マスクが良好に製作でき々かった。

電極指パタン３と大きい電極パタンとの重ね合わせは十
分に余裕があるので、大きい電極パタン部分を光露光と
しても何等問題は生じない。

そこで本発明では、微細な電極指パタン３の部分だけを
Ｘ線露光でパタン形威し、大きい電極パタン４を光露光
でパタン形威する。レジストの使い方や露光の方法は実
施例１の場合と同様で良い。

このように本発明によシミ極指部分のみを取り出してＸ
４Ｉ露光するのであれば、Ｘ線マスクのパタンは単純な
ラインアンドスペースパタンとなる。

したがって電子ビームによるパタン描画は、大きい電極
パタン筐で含めて行うときに比べ、格段にやｂ易くなシ
、断線、ショートのない良質で高線幅精度のＸＩ！マス
クが得られる。また、最も微細な電極指パタン３を単純
なラインアンドスペースパタンとして大パタンと分けて
転写するので、転写条件を最適化しやすく、微細電極指
パタン３を高稍度に形成することができる。さらに電極
指パタン３だけだと、面積的には極めて少ないものとな
る。このため、転写に用いるＸ＠マスクを作る際、パタ
ンの電子ビーム描ｒｊｉＪは極めて短い時間で可能とな
る。また、Ｘｌｌ１！マスクの吸収体は僅かに一部が除
去されるだけなので、Ｘ線マスク製作過程でのパタン位
置の局部的な変位が起きにぐい。

したがってパタン位置精度も向上できる。大パタン郁は
パタン寸法に応じて位置の許容度も大きいので、この部
分だけ光露光としても１つたく問題はない。第２図の場
合と同様Ｘ線露光でパタン形成する部分と光露光でパタ
ン形成する部分との境界を少し重畳させて露光すれば良
い。

（実施例３） 上記の実施例１および２では、パタンの転写にネガレジ
ストヲ用い、Ｘ線マスクや光露光レチクルのＸ線筐たは
光透過部に対応する部分のレジストだけが残る場合を示
した。しかし、場合によっては、ボジレジストヲ用いて
転写するため、Ｘ線シよび光の遮光部に対応する部分の
レジストだけが残るようにしたいこともある。第３図は
このようにして転写にボジレジストヲ用いる場合の本発
明の実施例であシ、リングオンレータゲートパタンの模
式図を示している。第３図（、）はゲートパタンの平面
形状を示す。このゲートパタンを第３図（ｂ）に示すよ
うにゲートラインの微細線パタン５とそれ以外の大パタ
ン部６とに分け、微細線パタンｓｙｘ＠露光、それ以外
の大パタン部６を光露光で転写する。図中にハツチング
を施した部分が遮光部である。

その結果、Ｘ線露光も光露光もされなかった第３図（、
）に示したゲートパタン形状のレジストパタンか現像に
よシ残る。レジストとして例えばＰＭＭＡ（（ポリメチ
ルメタアクリレート）例えば東京応化工業製０ＥＢＲ１
００ＯＯ）、φ−ＭＡＣ（ダイキン工業製）等を用いれ
ば、Ｘ線露光に対してポジ形のレジストとｉｂ、ｔた、
２５０ｎｍ〜１９０ｎｍの遠紫外光に対してもポジ形の
レジストとなるので、上記のよう々露光が可能である。

具体的な露光方法としては、例えばｘｓｇ光をシンクロ
トロン放射光を利用したｌ対１近接露光、光露光を遠紫
外光の１：１反射投影露光装置で行なえば良い。筐た、
現像はＭＩＢＫ：　ＩＰＡ＝１　：　１の混合液によっ
て行なえば良い。

この場合も転写にポジレジス）ｔ−用いてもＸ線マスク
製作時の電子ビームによるパタン描画面積を極めて少な
くできる。このため、電子ビーム描画時間が極めて短く
なり１パタン描画位置精度を上げることができる。また
、Ｘ線マスクの吸収体が存在しない部分は面積的に僅か
だけなので、Ｘ線マスク製作過程でのパタン位置の局部
的な変位も生じにくい。さらに実施例１と同様に微細線
パタンのみを大きいパタンと分けて露光するので、露光
時の条件を最適化しやすくパタン寸法ｎ度を出し易い。

〔発明の効果〕

以上説明したように本発明は、被露光基板上に塗布した
感光性樹脂の微細パタン部分ｔ−Ｘ線で露光する工程と
上記微細パタン部よう大きなパタン部を光で露光する工
程とを含み、上記２つの露光工程によって感光性樹脂を
それぞれ部分的に感光させることによう、Ｘ線露光で転
写するパタンを微細度が高い微細パタン要素群のみに限
定できるので、Ｘ＠マスク上のパタン面積を大幅に低減
できる。このため、Ｘ線マスク製作時にＸ１ｆｓマスク
パタンの電子ビーム描画時間を極めて短くでき、Ｘ線マ
スクパタンの描画位置精度の向上が図れる。

また、Ｘ線マスクのＸ線吸収体は僅かに一部が除去され
るか、わずか一部を残すだけなので、マスク製作過程で
パタンの分布や面積不均等によシ生ずる局部的なパタン
位置シフトもほとんどなくせる。

ＭＯＳ形の集積回路の場合、基本的にはトランジスタの
素子間分離、ゲート形成、配線のためのコンタクトホー
ル形成、配線パタン形成の４プロセスのためのパタン転
写が必要であう、それぞれの眉間の位置合わせ精度が問
題となる。

従来、Ｘ線露光を行うため、これらの各層に対応するＸ
ｌｓマスクを製作した結果、コンタクトホール眉は極端
にパタン面積が小さいことが原因でＸ線マスクのパタン
位置の他層との重ね合わせが良くなかった。

しかしながら、上述のように本発明を適用すれば、Ｘ線
マスクのパタン面積は各層ともコンタクトホール眉並に
小さくすることができる。したがってＸ線マスクパタン
位置の眉間の重ね合わせ精度も向上できる。

さらに微細度の高い微細パタン要素群のみのＸ線マスク
を製作すれば良いことから、Ｘ線マスクパタンを電子ビ
ーム描画する際、大パタンによる近接効果が無くなる。

このため、高品質、高寸法精度なＸ線マスクパタンを形
成することができる。

これによ）、低欠陥高寸法精度のレジストパタンの形成
が可能となる。

【図面の簡単な説明】

第１図（ａ）　、　（ｂ）は本発明によるパタン形成方
法の一実施例を説明するためのゲートパタンの平面図、
第２図は本発明の他の実施例を説明するための電極指パ
タンの平面図、第３図は本発明のさらに他の実施例を説
明するためのゲートパタンの平面図である。 １・・・・ゲートライン、２・・・・ゲートパッド、３
ｅ・ｅ・電極指パタン、４・・・・大きい電極パタン、
５・・・・微細線パタン、６・・・・大パタン部。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 被露光基板上に塗布した感光性樹脂の微細パタン部分を
   Ｘ線で露光する工程と、上記微細パタン部分より大きな
   パタン部分を光で露光する工程とを含み、上記２つの露
   光工程によって感光性樹脂をそれぞれ部分的に感光させ
   ることを特徴としたパタン形成方法。