JPH06123976A - レジストパターンの形成方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 レジストパターンの線幅にばらつきが生じた
り、ピンホールが発生することを防止する。 【構成】 ポジ型レジスト３にパターン露光（第１露光
工程）を施した後にベーキング処理をし、次いで全面露
光（第２露光工程）して現像することにより、ネガ型レ
ジストパターンを得る場合において、第１露光工程の露
光量を該第１露光工程における露光部の現像後の残膜率
が最大となるための露光量の１．５〜４倍に設定した。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、例えば、フォトマスク
あるいは半導体装置等の製造工程において、特に大型基
板上にポジ型レジストを用いてネガ型パターンを形成さ
せる場合に用いられるレジストパターンの形成方法に関
する。

【０００２】

【従来の技術】従来から、ネガ型レジスト（例えば、ゴ
ム系レジスト）を用いてネガ型パターンを形成する通常
の方法よりも解像力に優れたレジストパターンを得られ
る方法として、例えば、ノボラックーナフトキノナジド
系の「ポジ型レジスト」を用いて「ネガ型パターン」を
形成する方法が知られている（例えば、「セミコンニュ
ース」１９８６年１２月号Ｐ８８〜９３参照）。なお、
ここで、ポジ型レジストとは、露光した部分（露光部）
が現像によって除去され、露光しない部分（非露光部）
が現像によっても除去されない形式のレジストである。
また、ネガ型レジストとは、上記ポジ型レジストの場合
とは逆に、露光した部分（露光部）が現像によっても除
去されず、露光しない部分（非露光部）が現像によって
除去される形式のレジストである。さらに、ネガ型パタ
ーンとは、現像によって露光部を残存させるとともに非
露光部を除去することによって形成したレジストパター
ンである。したがって、「ポジ型レジストを用いてネガ
型パターンを形成する」とは、本来は現像により露光部
が除去されるとともに非露光部が残存する性質を有する
ポジ型レジスト用い、通常のポジ型レジストで行う処理
と異なる処理を施すことにより、現像によって露光部が
残存し非露光部が除去されて形成されるパターンである
ネガ型パターンを形成するという意味である。

【０００３】図４は上記文献に開示されている従来のレ
ジストパターンの形成方法の工程説明図である。図４に
示されるように、この方法は基板１１上に形成されたノ
ボラックーナフトキノナジド系のポジ型レジスト膜１３
に所望のパターンの露光（Ｌ1)を施す第１露光工程（図
４（ａ）参照）と、熱を加えてポジ型レジスト膜１３の
第１の露光工程における露光部１３ａをアルカリ現像液
に溶け難くするベーキング工程（図４（ｂ）参照）と、
全面を露光する（Ｌ2 ）ことにより第１露光工程におけ
る非露光部１３ｂのアルカリ現像液に対する溶解度を増
加させる第２露光工程（図４（ｃ）参照）と、第１露光
工程における非露光部１３ｂを現像により除去する現像
工程（図４（ｄ）参照）とを有する方法である。

【０００４】ここで、「ポジ型レジスト」を用いて「ポ
ジ型パターン」を形成するという通常の場合に行われる
通常の処理工程は、基本的にはパターン露光後に現像す
るという工程だけであるが、上記方法では、パターン露
光工程（第１露光工程）と現像工程との間に、ベーキン
グ工程と全面露光工程（第２露光工程）とを付加するこ
とによって、「ポジ型レジスト」を用いて「ネガ型パタ
ーン」を形成することを可能にしたものである。すなわ
ち、本来ならば現像によって除去されるべき露光部１３
ａを、ベーキング処理によって除去されない部分に変換
し、その後に、全面露光を施すことによって、逆に本来
ならば除去されない非露光部１３ｂを除去される部分に
変換したものである。これにより、通常の「ネガ型レジ
スト」を用いて「ネガ型パターン」を形成した場合より
も解像力にすぐれた「ネガ型パターン」を得ることを可
能にしたものである。

【０００５】図５は上記従来の方法において、所定のベ
ーキング温度でベーキングを行ったときの第１露光工程
における露光量と該第１露光工程における露光部１３ａ
の現像後の残膜率との関係を示す図である。図５におい
て、縦軸が残膜率（単位；％）、横軸が第１露光工程に
おける露光量（単位；ｍＪ／ｃｍ² ）である。図５から
明らかなように、残膜率はある露光量から急激に増加
し、露光量がａ₀ のときに極大となり、さらに露光量を
増すと、ある光量まで急激に減少し、以後、緩やかな減
少傾向を示す。

【０００６】従来は、残膜率を最大にすることが良好な
形状の微細レジストパターンを形成するために有利であ
ると考えられていたので、第１露光工程の露光量はレジ
スト膜の膜減りを最小限に抑えて残膜率が最大となるよ
うに、露光量をａ₀ 付近に設定するようにしていた。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上述の
従来の方法で形成されたレジストパターンは、小型の基
板に小面積のパターンを形成する場合にはおおむね良好
であるが、大型の基板に第大面積のパターンを形成する
と、パターンの線幅が同一基板上で著しくばらついてし
まうという問題のあることがわかった。しかも、ときに
はレジストパターンに１μｍ以下の小さなピンホールが
多数発生する場合もあるという問題もあった。

【０００８】そこで、その原因を究明した結果、次の事
実が解明された。

【０００９】すなわち、まず、上述のベーキング工程を
行うベーキング装置内では若干の温度分布を生ずるが、
これによって、パターンの場所毎にベーキング温度に差
が生ずることがわかった。例えば、サイズが縦１５イン
チ×横１５インチ×厚さ０．２インチの基板に線幅が２
μｍ程度の大面積のパターンを形成するような場合、設
定温度に対して、場所ごとに±２〜３°Ｃ程度の温度の
違いが生じてしまうことがわかった。

【００１０】次に、図５に示される第１露光工程の露光
量と残膜率との関係を示す曲線は、ベーキング温度を変
えると変化することがわかった。すなわち、図５におい
て、ベーキング温度をＴ°Ｃから（Ｔ＋α）°Ｃに変化
させると、上記曲線は、図５の実線で示される曲線から
一点鎖線で示される曲線に変化する。図５から明らかな
ように、曲線のピーク付近における残膜率の変化が著し
く、露光量が所定以上になるとほとんど変化しない。し
たがって、いま、第１露光工程における露光量を、曲線
のピークであるａ₀ に設定すると、ベーキング温度が僅
かに変化しただけで残膜率が大巾に変化することにな
る。

【００１１】以上の結果から、特に大面積のパターンを
形成する場合には、パターンの場所によってベーキング
温度に違いが生ずるが、上述の従来の方法では、第１露
光工程における露光量を図５の曲線のピークであるａ₀
に設定しているために、パターンの場所によって残膜率
に著しいばらつきが生じ、その結果、パターンの線幅が
同一基板上で著しくばらついてしまうものと推定され
た。さらに、露光量ａ₀は、絶対量として比較的小さい
値であり照射時間も比較的短いので、必ずしも全域に密
に均一に照射することが困難となり、これがためところ
どころにピンホール的な非照射部分が生じてしまい、そ
の結果、レジストパターンに小さなピンホールが生じて
しまうものと推定された。

【００１２】本発明は、上述の背景のもとでなされたも
のであり、その目的はレジストパターンの線幅にばらつ
きが生じたり、ピンホールが発生することを防止できる
ようなレジストパターンの形成方法を提供するものであ
る。

【００１３】

【課題を解決するための手段】上述の課題を解決するた
めに本発明にかかるレジストパターン形成方法は、露光
後熱を加えることにより現像液に溶けにくくなる性質を
有するポジ型レジスト膜に、所望のパターンに従って露
光する第１露光工程と、前記露光したポジ型レジスト膜
に熱を加えるベーキング工程と、前記熱を加えたポジ型
レジスト膜の全面を露光する第２露光工程と、前記第１
露光工程における非露光部分の除去を行う現像工程とを
有するレジストパターンの形成方法であって、前記第１
露光工程における露光量を、前記現像工程後に前記第１
露光工程の露光部の残膜率が最大となるための露光量の
１．５〜４倍に設定することを特徴とする構成とした。

【００１４】

【作用】上述の構成において、第１露光工程における露
光量を、現像工程後に第１露光工程の露光部の残膜率が
最大となるための露光量の１．５〜４倍に設定した。こ
の設定露光量は、残膜率は小さくなるがベーキング温度
が変化しても残膜率がほとんど変化しない領域である。
これによって、残膜率は小さくなるが、ベーキング工程
で多少の温度分布があっても線幅にばらつきがないとと
もに、露光量が十分であるために、均一で密な露光が可
能となり、結果的にピンホール等もない極めて良好なレ
ジストパターンを得ることが可能になった。

【００１５】なお、第１露光工程における露光量を、露
光部の現像後の残膜率が最大となるための露光量の１．
５倍よりも小さく設定すると、形成したレジストパター
ンに顕著な線幅のばらつきがみられるとともにピンホー
ルも増大する。また、第１露光工程における露光量を露
光部の現像後の残膜率が最大となるための露光量の４倍
よりも大きく設定すると、逆にピンホールが増大する傾
向がみられる。

【００１６】

【実施例】実施例１ 図１は本発明の実施例１にかかるレジストパターンの形
成方法の製造工程説明図、図２は実施例１におる第１露
光工程の露光量と残膜率との関係を示す図、図３は実施
例１における第１露光工程の露光量と線幅のばらつきと
の関係を示す図である。以下、これらの図を参照にしな
がら実施例１にかかるレジストパターンの形成方法を説
明する。なお、この実施例は本発明の方法をクロム遮光
膜パターンを有する大型のフォトマスクを製造する場合
に適用した例である。

【００１７】（第１工程）まず、石英ガラス基板１（縦
１５インチ×横１５インチ×厚さ０．２インチ）上に、
クロム膜２をスパッタリング法により形成し、このクロ
ム膜２上にノボラックーナフトキノンジアジド系ポジ型
レジスト膜３（ＡＺ５２００：ヘキスト社製）を厚さ１
μｍに塗布し、９０°Ｃで３０分間プリベークした（図
１（ａ）参照）。

【００１８】（第２工程）次に、ポジ型レジスト膜３を
所定のパターンを有するフォトマスクを通して超高圧水
銀ランプを用いたｇ線（波長＝４３６ｎｍ）で照射する
露光機を用い、露光量４００ｍｊ／ｃｍ² に設定して第
１露光（Ｌ1 ）を行った（図１（ｂ）参照）。ここで設
定した露光量は、図２に示されるように残膜率が最大と
なる露光量、即ち２００ｍｊ／ｃｍ² の２倍の露光量で
ある。

【００１９】（第３工程）次に、レジスト膜３の第１露
光工程における露光部３ａがアルカリ現像液に溶けにく
くするために、ベーキング装置内を１０７°Ｃに設定
し、３０分ベーキングを行った（図１（ｃ）参照）。

【００２０】（第４工程）次に、第１露光工程における
非露光部３ｂのアルカリ現像液に対する溶解度を増加さ
せるために、レジスト膜３の全面に、超高圧水銀ランプ
を用いたｇ線（波長＝４３６ｎｍ）、ｈ線（波長＝４０
６ｎｍ）、ｉ線（波長＝３６５ｎｍ）を含んだマルチ光
源を有する露光機を用いて露光量を２５０ｍｊ／ｃｍ²
に設定して第２露光（Ｌ2 ）を行った。（図１（ｃ）参
照） （第５工程）次に、専用アルカリ現像液にて、第１露光
工程における非露光部分３ｂを専用アルカリ現像液にて
６０分現像して除去し、レジスト残存部３０ａとレジス
ト除去部３０ｂとからなるネガ型レジストパターン３０
を形成した（図１（ｅ）参照）。この時、レジストパタ
ーン３０のレジスト残存部３０ａの膜厚は０．５μｍで
あり、第１工程におけるレジスト膜３の形成時の膜厚の
１／２となったが、２μｍ程度の線幅のレジストパター
ンは十分形成することができ、その形状も問題なかっ
た。

【００２１】（第６工程）次に、形成されたレジストパ
ターンをマスクとしてクロム膜２をエッチングした（図
１（ｆ）参照）。次いでレジストパターンを剥離し、ク
ロム膜残存部２０ａとクロム膜除去部２０ｂとからなる
クロムパターン２０を有するフォトマスクを得た（図１
（ｇ）参照）。

【００２２】本実施例では、第１露光工程における露光
量を、残膜率が最大となるような露光量である２００ｍ
ｊ／ｃｍ² の２倍の露光量である４００ｍｊ／ｃｍ² に
設定した結果、レジストパターン３０の線幅のばらつき
は０．２μｍ以下であり、線幅の安定したクロムパター
ン２０を有する大型のフォトマスクを得ることができ
た。また、本実施例ではピンホールの発生も見られず、
パターン欠陥等のない良好なクロムパターンを有する大
型のフォトマスクを得ることができた。

【００２３】実施例２〜４及び比較例１〜２ 以下、実施例２ないし４及び比較例１ないし２を説明す
る。

【００２４】なお、これら実施例及び比較例は、上述の
実施例１における第１露光工程における露光量のみを変
えたもので、その外は全く同一の構成を有するので、そ
の詳細説明を省略し、以下に各例におけるレジストパタ
ーンの線幅のばらつき及びピンホールの数を示す。

【００２５】 第１露光工程における 線幅のばらつき ピンホールの数 露光量（mJ／cm² ） （μｍ） （個／cm² ） 比較例１ ２００ ０．５ ５００〜１０００ 実施例２ ３５０ ≧０．２ ほぼ０ 実施例３ ５００ ≧０．２ ほぼ０ 実施例４ ７００ ≧０．２ ほぼ０ 比較例２ ９００ ー ≦５０〜１００ 上記結果及び図３から明らかなように、第１露光工程に
おける露光量を、残膜率が最大となるような露光量であ
る２００ｍｊ／ｃｍ² （比較例１）としたときは、線幅
のばらつきが０．５と大きいが、３５０ｍｊ／ｃｍ² を
越える（実施例２〜４及び比較例２）と線幅は０．２μ
ｍ以下と無視できる範囲となった。

【００２６】また、第１露光工程における露光量が２０
０ｍｊ／ｃｍ² のときは５００〜１０００個／ｃｍ² 、
８００ｍｊ／ｃｍ² を越えると５０〜１００個／ｃｍ²
以上のピンホールが見られたが、露光量が３５０〜８０
０ｍｊ／ｃｍ² の範囲ではピンホールは殆ど見られなか
った。

【００２７】なお、上述の各実施例では、ポジ型レジス
トとしてノボラックーナフトキノナジド系のＡＺ５２０
０を用いたが、露光後熱を加えることにより現像液に溶
けにくくなる性質を有するポジ型レジストであればその
種類を問わない。例えば、ベーキング工程をアンモニア
ガスやアミン系化合物のもとで行う必要があるノボラッ
クーナフトキノンアジド系ＡＺ１３００を用いてもよ
い。

【００２８】また、ＡＺ５２００を用いる場合のベーキ
ング温度は、１００〜１２０°Ｃの範囲で少なくとも３
０分行うことが好ましい。ベーキング温度が１００°Ｃ
よりも低いと残膜率が充分に得られず。１２０°Ｃより
も高いと第１露光工程における非露光部までが、第２露
光工程において全面露光を行っても現像液に溶け難くな
ってしまう。

【００２９】また、第２露光工程の露光量は、上記実施
例のように超高圧水銀ランプを用いたｇ線（波長＝４３
６ｎｍ）、ｈ線（波長＝４０６ｎｍ）、ｉ線（波長＝３
６５ｎｍ）を含んだマルチ光源を用いた場合には２００
〜４００ｍｊ／ｃｍ² の範囲内に設定することが好まし
いが、露光量を２４０〜３５０ｍｊ／ｃｍ² に設定する
とより良好な結果が得られる。露光量が上記範囲の露光
量よりも少ないと第１露光工程における非露光部のアル
カリ現像液に対する溶解度が充分に増加せず、また上記
範囲の露光量よりも多いと第１露光工程における露光部
までもアルカリ現像液に溶解されてしまう。なお、上記
実施例に記載した光と異なる線質のものを用いた場合に
は、上記第１露光工程及び第２露光工程の露光量の絶対
値は、その光の波長分布その他の線質に応じて適宜決定
されることは無論である。

【００３０】また、レジスト膜の膜厚は７０００オング
ストローム以上が好ましい。その理由は、前記膜厚より
も薄いと残膜量が小さすぎてしまい、レジストパターン
状にピンホールが発生するおそれがある。

【００３１】

【発明の効果】以上詳述したように、本発明は、ポジ型
レジストにパターン露光（第１露光工程）を施した後に
ベーキング処理をし、次いで全面露光（第２露光工程）
して現像することにより、ネガ型レジストパターンを得
る場合において、第１露光工程の露光量を該第１露光工
程における露光部の現像後の残膜率が最大となるための
露光量の１．５〜４倍に設定したもので、これにより、
特に大型基板上にレジストパターンを形成する際にレジ
ストパターンの線幅にばらつきが生じたりピンホールが
発生したりすることを防止できるようにしたものであ
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施例１にかかるレジストパターンの
製造方法の工程説明図である。

【図２】実施例１における第１露光工程の露光量と残膜
率との関係を示す図である。

【図３】実施例１における第１露光工程の露光量と線幅
のばらつきとの関係を示す図である。

【図４】従来のレジストパターンの形成方法の工程説明
図である。

【図５】従来のレジストパターンの形成方法における第
１露光工程の露光量と残膜率との関係を示す図である。

【符号の説明】

１，１１…石英ガラス基板、２…クロム膜、３，１３…
ポジ型レジスト膜、２０…クロム膜パターン、２０ａ…
クロム膜残存部、３０ｂ…クロム膜除去部、３０…レジ
ストパターン、１３ａ，３０ａ…レジスト残存部、１３
ｂ，３０ｂ…レジスト除去部。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 露光後熱を加えることにより現像液に溶
   けにくくなる性質を有するポジ型レジスト膜に、所望の
   パターンに従って露光する第１露光工程と、 前記露光したポジ型レジスト膜に熱を加えるベーキング
   工程と、 前記熱を加えたポジ型レジスト膜の全面を露光する第２
   露光工程と、 前記第１露光工程における非露光部分の除去を行う現像
   工程とを有するレジストパターンの形成方法であって、 前記第１露光工程における露光量を、前記現像工程後に
   前記第１露光工程の露光部の残膜率が最大となるための
   露光量の１．５〜４倍に設定することを特徴とするレジ
   ストパターンの形成方法。