JPH0471222A - 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するレジ
ストパターンの形成方法に間するものである。

（従来の技術） ＩＣ，ＬＳＩ等の半導体装置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。

投影露光装Ｍを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を
塗布し、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力Ｒ（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、半導体装置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、投影レンズの高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９線（４３６ｎｍ）用のものでＮＡが０．
５４のもの、露光光がｉ線（３６５ｎｍ）用のものでＮ
ＡｔＪ＜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＋　＝０．６ｘ４３６１０．５４ ＝４８４ｎｍ４０．　５ｇｍ 後者の解像力Ｒ２は、 日２　＝０．６Ｘ３６５１０．４５ ＝４８７ｎｍ共０．５ｕｍ となる、つまり、これらの投影露光装置は、０゜５ｕｍ
程度のパターニングが可能であり、１６ＭビットＤＲＡ
Ｍ等の製造か可能であった。

（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ｏ、６５．１線用では０．６０．ＫｒＦＩ
キシマレーザ（波長２４８ｎｍ、）用では０．５程度が
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．
３０口ｍとなる。このため、これら露光装置ヲ用い従来
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、 下地上に死１のレジストを形成し該第１のレジストをパ
ターニングする工程と、 前述のパターニングで得た第１のレジストパターンを、
該第１のレジストパターンを有する前述の下地上に後に
形成する第２のレジストの溶媒及び徒に行う該第２のレ
ジストの現像に用いる現像液に対し不溶化処理する工程
と、 該不溶化処理済み第１のレジストパターンを有する前述
の下地上に当該第２のレジストを形成し該第２のレジス
トをパターニングする工程とを含むことを特徴とする。

この発明の実施に当たり、前述の不溶化処理を、アルカ
ンの水素がフッ素でＮ換されたフッ素化合物のガスを含
むプラズマ中に前述の第１のレジストパターンを有する
下地を放置することにより行うのが好適である。

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基板等の種々の基板、これら基板に絶
縁層、金属膜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、下地上に第１のレジストパタ
ーンと、第２のレジストパターンとを所定の関係て配Ｈ
させて（例えば下地の、第１のレジストパターンのスペ
ース部に相当する部分に第２のレジストパターンのライ
ン部を配置させて）レジストパターンを形成しこのパタ
ーンを最終的なレジストパターンと出来る。従って、第
１のレジストパターン及び第２のレジストパターン各々
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を越える像細な寸法のパターンにな
る。

（実施例） 以下、図面を参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、
使用装冨、使用材料及び時間、温度、膜厚等の数値的条
件は、この発明の範囲内の好適例にすぎない、従って、
この発明か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。

矢施主 始めに、第１図（Ａ）〜（巳）を参照して実施例のパタ
ーン形成方法について説明する。なお、第１図（Ａ）〜
（Ｅ）は、工程中の主な工程での試料を下地］］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さか３０００人の
シリコン酸化膜（図示せず）を公知の方法で形成し、さ
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て投影露光
装置用のアライメントマーク（図示せず）を形成しで、
実施例の下地１１とする（第１図（Ａ））。

次に、スピンコード法によりこの下地１１上に第１のレ
ジスト１３としてこの実施例の場合ＴＳＭＲ−３６５ｉ
Ｒ（東京応化工業（株）製ｌ線用ポジ型レジスト）をｌ
ｕｍの厚さて形成する（第１図（Ｂ））。

次に、この試料をホットプレートにより９０″Ｃの温度
で９０秒間ベークする。

次に、０．４ｕｍ幅のライン部が１．２ｕｍピッチでレ
ジスト上に形成出来るラインアントスペースパターンを
有するマスクを装着させた１線用投影露光装置１ＲＡ−
１０１ＶＬＩＩ　（ＮＡ＝０゜４２：（株）日立製作新
製）を用い、マスクのアライメントマークと下地のアラ
イメントマークとの位１合わせモした後筒１のレジスト
１３を３００ｍＪ／ｃｍ’の露光量で露光する。

次に、この露光済みの第１のレジスト１３を、ＮＭＤ−
Ｗと称される現像液（２，３８％テトラメチルアンモニ
ウムハイドロオキサイト水溶液；東京応化工業（株）製
）を用い６０秒ｈバドル現像して、第１のレジストパタ
ーン１３ａを得る（第１図（Ｂ））。

得られた第１のレジストパターン１３ａをＳＥＭ測長機
（（株）日立製作新製Ｓ−６０００）により観察したと
ころ、これはライン部の幅か０゜３ｕｍでピッチが１．
２ｕｍ（即ちスペース部が０．９μｍ）のパターンに仕
上っていることが分った。

次に、第１のレジストパターン１３８％有する下地１］
を、日型アネルバ（株）製平行平板型ドライエツチング
装置ＤＥＭ４５１の反応室内に載置する。

次に、この反応炉内に、酸素ガスと、アルカンの水素が
フッ素で置換されたフッ素化合物のガスとしてこの場合
ＣＦ　４ガスとをそれぞれ１０１０５ｅの流量で供給し
、かつ、これら混合ガスの圧力＠５０ｍＴｏ　ｒ　ｒ、
ＲＦパワー！０．０１Ｗ／Ｃｍ２ヒして反応炉内に上記
混合ガスのプラズマを発生させる。第１のレジストパタ
ーン１３ａｔこのようなガスプラズマ中に７７１１する
ことにより、第１のレジストパターン１３ａは、後述の
第２のレジストの溶媒及び現像液に対し不溶性を示すよ
うになり、不溶化処理済みの第１のレジストパターン１
３ｔ）か得られる（第１図（Ｃ））。なお、第１のレジ
ス］−パターン１３ａ８有する下地１１は、反応炉内に
この実施例の場合１分間放置した。

次に、不溶化処理済みの第１のレジストパターン１３ｂ
！有する下地１１上に、スピンコード法により第２のレ
ジスト１５としてこの場合第１のレジストとしで用いた
ＴＳＭ日−５６５ｉＲ８１，０ｕｍの膜厚に塗布する（
第１図（Ｄ））。

不溶化処理済みの第１のレジストパターン１３ｂは、第
２のレジスト１５の溶媒に対して不溶となるように上述
の如く処理されでいるので、第２のレジスト１５により
第１のレジストパターン１３ｂか覆われても、第１のレ
ジストパターン自体のパターンくずれは起きず、また第
２のレジストとの間でのミキシングも起きなかった。

次に、第１のレジストのヘーキング条件と同様な条件で
第２のレジスト１５をヘーキングする。

次に、ヘーキング済みの第２のレジストを有する下地１
１を先に用いた投影露光装置のウェハステージにセ・ン
トし、その後この投影露光装置に装着しであるマスクに
対し下地１１をアライメントし、次いで、ウェハステー
ジｔＸ方向に０．３ｇｍずらして、つまり不溶化処理済
みの第１のレジストパターン１３ｂのスペース部にマス
クのライン部が投影されるようにウェハステージをずら
し、その後、第２のレジスト］５を３００ｍＪ／ｃｍ２
の露光量で露光する。

次に、露光済み寛２のレジストを第１のレジストの現像
条件と同じ現像条件で現像して第２のレジストパターン
１５８％得る（第１図（Ｅ））。

なお、不溶化処理済み第１のレジストパターン１３ｂは
、現像液ＮＭＤ−Ｗに対し不溶となるよう上述の如く処
理されているので、第２のレジスト現像時にパターンく
ずれが生じるようなことはなかった。

第２のレジスト現像後、下地１１上には、不溶化処理済
みの第１のレジストパターン１３ｂと第２のレジストパ
ターン１５ａとて構成されるレジストパターン１７が形
成される（第１図（Ｅ））。このレジストパターン１７
をＳＥＭ測長機Ｓ−６０００により観察したところ、０
．３ｕｍ幅のライン部か０．６ｕｍピッチて並ぶパター
ン即ち０．３ｕｍライン・アンド・スペースパターンが
解像されていることか分った。

止較丘 また、実施例で用いたと同様な下地上に実施例で用いた
ＴＳＭＲ−３６５ｉＲレジストを実施例同様な方法で同
様な膜厚に塗布しこのレジストを実施例と同様な条件で
ヘーキングする０次に、種々のライン・アンド・スペー
スパターンを有するテストマスクを用い実施例と同様な
投影露光装置を用い実施例と同様な露光量でこのレジス
トを露光しさらに実施例同様な方法で現像する（比較例
のパターン形成方法＝従来の一般のパターン形成方法）
。

この比較例のパターン形成方法では、最小パターンは、
０．４ｕｍのライン部！０．８ｕｍピッチで有するパタ
ーンつまり０．４ｕｍライン・アンド・スペースバタン
であり、０．３ｕｍライン・アンド・スペースパターン
は全く解像されていないことが分った。

比較例及び実施例の説明から明らかなように、ＴＳＭＲ
−３６５−ｉＲレジスト及びＲＡ−１０１Ｖ　Ｌ　ＩＩ
投影露光装Ｍを用いた系では解像限界は０．４ｕｍ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
△−１０１Ｖ　Ｌ　ＩＩを用いた実験しか行えなかった
が、ＲＡ−１０１ＶＬ１１より解像限界が高い投影露光
装置ヲ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ていた０、２
５ｕｍルール以下のパターン形成も可能になることが分
る。

上述においては、この発明のパターン形成方法の実施例
について説明したが、この発明は上述の実施例のみに限
定されるものではなく以下のような変更を加えることか
出来る。

例えば、上述の実施例では、用いるレジストをＴＳＭＲ
−３６５ｉ日としでいたか、この発明に用い得るレジス
トはこれに限られず他のもの（ネガ型、ポジ型を問わな
い、）でも良い。但し、不溶化処理を、アルカンの水素
かフッ素で置換されたフッ素化合物のガスを含むガスプ
ラズマにより行う場合は、レジストはいわゆるノボラ・
ンク系のレジスト（ポジ型、ネガ型を問わない。）とす
るのが好適である。不溶化処理の効果か顕著に得られる
からである。

また、第１のレジストの不溶化処理方法は、実施例の方
法に限られるものではなく他の方法ても良い。

また、上述の実施例では第ルジスト、第２レジスト共に
同じレジストを用いてい゛たが、必要に応じては両者を
別のレジストとしても良い。

また、必要によっては、第２のレジストパターン形成後
にこれを第３のレジストの溶媒及び現像液に不溶化しこ
の上に第３のレジストパターンを形成するというように
、この発明を実施しても勿論良い。

（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、下地上に第１のレジストパターン
を１度形成後、この下地の死１のレジストパターン間の
領域に次のレジストバタンを形成出来るので、露光装置
の解像限界を越える（解像限界以下の）微細なレジスト
パターンを形成出来る。

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、実施例のパターン形成方法の
説明に供する工程図である。 １・・・下地 ３・・・第１のレジスト ３ａ・・・第１のレジストパターン ３ｂ・・・不溶化処理済み第１のレジストパターン５・
・・第２のレジスト ５ａ・・・第２のレジストパターン ７・・・レジストパターン。

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）下地上に第１のレジストを形成し該第１のレジス
   トをパターニングする工程と、 前記パターニングで得た第１のレジストパターンを、該
   第１のレジストパターンを有する前記下地上に後に形成
   する第２のレジストの溶媒及び後に行う該第２のレジス
   トの現像に用いる現像液に対し不溶化処理する工程と、 該不溶化処理済み第１のレジストパターンを有する前記
   下地上に当該第２のレジストを形成し該第２のレジスト
   をパターニングする工程とを含むこと を特徴とするパターン形成方法。
2. （２）請求項１に記載のパターン形成方法において、 前述の不溶化処理を、アルカンの水素がフッ素で置換さ
   れたフッ素化合物のガスを含むガスプラズマ中に前記第
   １のレジストパターンを有する下地を放置することによ
   り行うことを特徴とするパターン形成方法。