JPH0470755A - 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】 （産業上の利用分野） この発明は、半導体装置等の製造工程中で使用ある。

（従来の技術） ＩＣ，ＬＳＩ等の半導体装１１を製造するに当たり、投
影露光装置が広く用いられている。

投影露光袋Ｗ％用いレジストパターンを形成する場合、
従来一般には、シリコンウェハ等の下地上にレジスト１
１布し、このレジストを投影露光装置で露光し、その後
このレジストを現像し最終的なレジストパターンを得る
、という手順がとられていた。

このようなプロセスでの投影露光装置の解像９日（ライ
ンとスペースの寸法を互いに等しく解像出来る限界寸法
、）は、周知の通り、下記（１）式で与えられる。

Ｒ＝にλ／ＮＡ−（１） 但し、ｋは定数であり、通常０．６程度とされるが工程
により多少変る値である。また、λは露光光の波長、Ｎ
Ａは投影露光装置の投影レンズの開口数である。

従って、半導体装１のデザインルールの縮少化に対応出
来る高い解像力を得るため、投影露光装置では、露光光
の短波長化、投［レンズの高ＮＡ化が進められている。

高ＮＡ化がなされた現在入手可能な投影露光装置として
は、露光光がｃｌｉ！（４３６ｎｍ）用のものでＮＡが
０．５４のもの、露光光がｉ！！！（３６５ｎｍ）用の
ものでＮＡが０．４５のものがある。

これら投影露光装置の解像度は、上述の（１）において
ｋを０．６とすると、前者の解像力Ｒは、 日＋　＝Ｏ−６Ｘ４３６１０．５４ ＝４８４ｎｍ４０．５ｕｍ 後者の解懐力日２は、 日２　＝０．６ｘ３６５１０．４５ ＝４８７ｎｍ＝０．５ｕｍ となる、つまり、これらの投影露光装置は、０゜５ｕｍ
程度のバターニングが可能であり、１６ＭビットＤＲＡ
Ｍ等の製造が可能であった。

（発明が解決しようとする課題） しかしながら、投影露光装置の投影レンズの高ＮＡ化は
レンズ製造の難しさから限界がある。具体的には、９線
用ではＮＡは０．６５．１線用では０．６０、ＫｒＦエ
キシマレーザ（波長２４８ｎｍ）用では０．５程度か限
界とされている。

従って、これら条件での解像力は、（１）式に従えば（
ｋ＝０．６と仮定）、それぞれ０．４．０．３６．０．
３０ｕｍとなる。このため、これら露光装置Ｆヲ用い従
来のパターン形成方法（レジストを露光し、その後現像
して最終的なレジストパターンを得る方法）でパターン
形成した場合、０．２５ｕｍルール以下のパターン形成
は困難であった。

この発明はこのような点に鑑みなされたものであり、従
ってこの発明の目的は、投影露光装置の解像力限界以下
のレジストパターンを形成出来るパターン形成方法を提
供することにある。

（課題を解決するための手段） この目的の達成を図るため、この発明のパターン形成方
法によれば、 下地上にイメージリハーサル法用レジストを塗布する工
程と、 該レジストに対し第１の露光を行い該レジストにネガパ
ターンの潜像を形成する工程と、前述の第１の露光済み
のレジストに対し加熱処理を行い前述の第１の露光部分
を現像液に対し不溶化する工程と、 前述の加熱処理済みのレジストに対し蔦２の露光を行い
該レジストにポジパターンの潜像を形成する工程と、 前述の藁２の露光済みのレジストを現像する工程とを含
むことを特徴とする。

なお、ここでいう下地とは、例えばガラス基板、シリコ
ン基板、ＧａＡｓ蟇板等の種々の基板、これら基板に絶
縁膜、金属ｌＩＩ等の薄膜及び又は素子が作り込まれて
いる中間体等のことである。

（作用） この発明の構成によれば、イメージリハーサル用レジス
トに先ずネガパターンの潜像を形成した後このイメージ
リハーサルレジストのネガパターンの潜像か形成されて
いない畢域にポジパターンの潜像を形成出来る。そして
、これら潜像を現像して得たパターンを最終的なレジス
トパターンとすることか出来る。従って、ネガパターン
及びポジパターン各々が、用いる投影露光装置の解像度
限界内の寸法のパターンであっても、最終的なレジスト
パターンは、当該投影露光装置の解像限界以下の（解像
限界を越える）微細な寸法のパターンになる。

（実施例） 以下、図面！？照してこの発明のパターン形成方法の実
施例について説明する。なお、以下の説明中で述べる、
使用装置、使用材料及び時間、温度、膜厚等の数値的条
件は、この発明の虻囲内の好適例にすぎない、従って、
この発明がこれら条件にのみ限定されるものではないこ
とは理解されたい。

民厖あ 始めに、第１図（Ａ）〜（Ｅ）を参照して実施例のバク
ーシ形成方法について説明する。なあ、第１図（Ａ）〜
（Ｅ）は、工程中の主な工程での試料を下地１１主面に
垂直な方向に沿って切った断面により示した工程図であ
る。

先ず、この実施例の場合、直径が３インチ（１インチは
約２．５４ｃｍ）のシリコン基板に厚ざか３０００人の
シリコン酸化膜（図示せず）を公知の方法で形成し、ざ
らに、このシリコン酸化膜の一部を公知のフォトリング
ラフィ技術及びエツチング技術により除去しで投杉露光
装！用のアライメントマーク（図示せず）を形成して、
実施例の下地１］とする（第１図（Ａ））。

次に、スピンコード法によつ下地１］上にイメージリハ
ーサル法の適用が可能なレジスト（イメージリハーサル
法用レジスト）１３としてこの実施例の場合ヘキスト社
製のＡＺ−５２１４Ｅを１ｕｍの厚さで形成する（第１
図（Ａ））。

次に、この試料をホットプレートにより１００°Ｃのン
呂度で９０秒間へ一キングする６次に、０．４ｕｍ幅の
遮光部２１ａ及び０．８ｕｍの光透過部２１ｂを繰り返
し具える第１のマスク２］（第１図（Ｂ）参照）を装着
させた１線用投杉露光装百日Ａ−１０１ＶＬＨ（ＮＡ−
０゜４２、（株）日立製作新製）を用い、第７のマス）
）２］のアライメントマーク（図示せず）と下地１１の
アライメントマークとの位置合わせをした後イメージリ
ハーサル用レジストｉ　３’１８　＋　００ｍＪ／Ｃｍ
２の露光量で露光する。この露光（以下、第１の露光と
称する。）により、イメージリバサル用レジスト］３に
はネガパターンの潜像１３ａが形成される（第１図（Ｂ
））。

次に、第１の露光済みの試料をホットプレートにより１
１０℃の温度で９０秒問ヘーキングする。イメジリバー
サルレジスト１３の第１の露光部分（潜像１３ａ）は露
光により芳香族カルボン酸になっているが、これに対し
加熱を行うと芳香族カルボン酸から二酸化炭素が脱離す
る。この結果、加熱処理後の第１の露光部１３ｂは芳香
族炭化水素で構成されることになり、債に行われる現像
時の現像液に対し不溶化する（第１図（Ｃ））。この加
熱処理は、イメジリバーサル法の中途工程で用いられる
方法である。その詳細は、例えば文献（「超ＬＳＩレジ
ストの分子設計」津１）積、共立出版（１９９０，４）
　ｐ。

５３．５４）に開示されている。

次に、加熱処理の終了した試料を上述の投影露光装置に
再びセットする。そして、今度は、０゜４ｑｍ幅の透光
部２３ａ及び０．８ｕｍ幅の光透過部２３ｂを繰り返し
具える第２のマスク２３（笥１図ＣＤ）９照）１この露
光装置にセットし、この藁２のマスク２３のアライメン
トマーク（図示せず）と下地１１のアライメントマーク
を位置合わせ債、２００ｍＪ／ｃｍ２の露光量で第２の
露光を行う。この第２の露光により、イメージリハーサ
ル用レジスト１３にはポジパターンの潜像１３ｃが形成
される（第１図（Ｄ））。

なあ、藁２のマスク２３は、これのアライメントマーク
を下地１１のアライメントマークに合わぜることにより
、遮光部２３ａか菓］のマスク２１の迫光部２１ａの中
央部に重なるよう予め設計しである。

次に、第２の露光を終了した試料をＮＭＤ−Ｗ（東京応
化工業（株）製現儒液）により６０秒間パドル現像する
。この現像７８終えると、イメージリハーサル用レジス
ト１３の、第２の露光時に形成されたポジパターンの潜
像部分（未露光部分）１３ｃと、第２の露光時に露光さ
れた部分のうちの先の加熱処理により現像液に対し不溶
化させてあった部分１３ｂとが残存し、これらで最終的
なレジストパターン１５が形成される。

このレジストパターン］５は、ＳＥＭ測長機Ｓ−６００
０（（株）日立製作新製）により観察したところ、０．
３ｕｍ幅のライン部ｌＦｒ０．６ｕｒｎどツチて有する
レジストパターンであることか分った。

比皇蔓汁よ 比較例１としで、実施例で用いた第１のマスクを用い通
常のイメージリハーサル法によりレジストパターンを形
成する。

このため、第１図（Ａ）〜（Ｃ）を用いで説明した手順
に従い、下地１１を用意し、この下地にＡＺ−５２１４
２を塗布し、これのヘーキシグを行い、第１のマスク２
１を介しての露光を行い、加熱処理によつ篤１の露光部
を現像液に対し不溶化させる。

次に、この試料を上述の投影露光装Ｎを用い２００ｍＪ
／ｍ２の露光量で全面露光する。

次に、この試料をＮＭＤ−Ｗ現像液により６０秒間パド
ル現像する。

得られた比較例１のレジストパターンは、ＳＥＭ測長機
Ｓ−６０００により観察したところ、０．３ｕｍのライ
ン部を０．９ｕｍピッチで有するパターンであることが
分った。

比ｊ目粗２ 比較例２として、実施例で用いた菓２のマスクを用い以
下に説明するようなパターニング実験を行う。

先ず、実施例と同様な手順で下地１１を形成し、この下
地１］上にＡＺ−５２１４Ｅを実施例と同様な膜厚に塗
布し、この試料をホットプレートにより１００℃の温度
で９０秒さらに１１０℃の温度で９０秒ヘーキングする
。

次に、このヘーキング済み試料を実施例で用いた投影露
光装置にセットし、実施例で用いた第２のマスク２３を
介し２００　ｍ　Ｊ　／　ｃ　ｍ　２の露光量で露光す
る。露光済み試料は、ＮＭＤ−Ｗ現像液により６０秒間
パドル現像する。

得られたパターンは、ＳＥＭ測長機Ｓ−６０００で観察
したところ、０．３ｕｍのライン部を０．９ｕｍピッチ
で有するパターンであることか分った。

比１性旦 比較例３として、０．３ｕｍライン・アンド・スペース
（Ｌ／Ｓ）パターン等の種々のＬ／Ｓパターンを有する
テストマスクを用い、通常のイメージソバ−サル法によ
るバターニング実験を行う。

先ず、実施例と同様な手順で下地１１を形成し、この下
地１１上にＡＺ−５２１４Ｅを実施例と同様な膜厚に塗
布し、この試料をホットプレートにより］００°Ｃの温
度で９０秒問ヘーキングする。

次に、このヘーキング済み試料を実施例で用いた投影露
光装置にセットし、上述の種々のＬ／Ｓパターンを有す
るテストマスクを介し１００ｍＪ／ｃｍ２の露光量で露
光する。

露光済み試料８１１０℃の温度で９０秒間へ一キングし
て連光部分を現像液に対し不溶化する。

次に、この試料を上述の投影露光装置により２００ｍＪ
／ｃｍ２の露光量で全面露光する。

次に、この試料をＮＭＤ−Ｗ現像液により６０秒間パド
ル現像する。

得られたパターンをＳＥＭ測長機Ｓ−６０００で観察し
たところ、０．３ｕｍＬ／Ｓパターンは解像されていな
いことが分った。

比］］帆Ａ 比較例４として、比較例３と同様にテストマスクを用い
て露光を行った後イメージリハーサル処理をせずに直ぐ
にＮＭＤ−Ｗ現像液により６０秒問パドル現像する。

得られたパターンをＳＥＭ測長機Ｓ−６０００て観察し
たところ、この場合も、０．３ｕｍＬ／Ｓパターンは解
像されていないことが分った。

比較例（特に比較例３，４）及び実施例の説明から明ら
かなように、ＡＺ−５２１４６レジスト及びＲＡ−１０
１ＶＬ　Ｕ投影露光装Ｗ１ヲ用い従来のパターン形成方
法でパターン形成を行った場合０．３ｕｍＬ／Ｓのパタ
ーン形成は不可能であるところ、この系にこの発明のパ
ターン形成方法を適用することによりにこの系の解像限
界を越えた０、３ｕｍライン・アンド・スペースパター
ンが得られるようになることが分る。

従って、今回実施例は、投影露光装置の調達の都合上Ｒ
Ａ−１０１ＶＬＩＩ％用いた実験しか行えなかったが、
ＲＡ−１０１ＶＬｎより解像限界が高い投影露光装置を
用いこの発明のパターン形成方法を適用すれば、現在の
投影露光装置では得られないとされでいたＱ、２５ｕｍ
ルール以下のパターン形成も可能になることが分る。

（発明の効果） 上述した説明からも明らかなように、この発明のパター
ン形成方法によれば、イメージリハーサル用レジストに
先ずネガパターンの潜像を形成した後このイメージリハ
ーサル用レジストのネガパターンの潜像か形成されてい
ない領域にポジパターンの潜像を形成し、これら潜像を
現像して得たパターンを最終的なレジストパターンとす
ることが出来る。従って、ネガパターン及びポジパター
ン各々が、用いる投影露光装置の解像度限界内の寸法の
パターンであっても、最終的なレジストパターンは、当
該設計露光装置の解像限界以下の（解像限界を越える）
微細な寸法のパターンになる。

従って、この発明のパターン形成方法は、高集積化した
ＬＳＩ等の製造を容易にする。

【図面の簡単な説明】

第１図（Ａ）〜（Ｅ）は、実施例のバタ成方法の説明に
供する工程図である。 １・・・下地 ３・・・イメージリハーサル用レジスト３ａ・・・ネガ
パターンの潜像 ３ｂ・・・現像液に対し不溶化させた部分３ｃ・・・ポ
ジパターンの潜像 ５・・・レジストパターン １ａ・・・遮光部、　　　２１ｂ・・・光透過部１・・
・第１のマスク ３ａ・・・遮光部、　　　２３ｂ・・・光透過部３・・
・第２のマスク。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. （１）下地上にイメージリハーサル法用レジストを塗布
   する工程と、 該レジストに対し第１の露光を行い該レジストにネガパ
   ターンの潜像を形成する工程と、前記第１の露光済みの
   レジストに対し加熱処理を行い前記第１の露光部分を現
   像液に対し不溶化する工程と、 前記加熱処理済みのレジストに対し第２の露光を行い該
   レジストにポジパターンの潜像を形成する工程と、 前記第２の露光済みのレジストを現像する工程とを含む
   こと を特徴とするパターン形成方法。