JPH06140297A - レジスト塗布方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 ウエハ内で定在波効果による寸法ばらつきの
生じないレジスト塗布を行う。 【構成】 基板１上にレジスト２を平坦部で所望の膜厚
になるようスピン塗布、もしくは基板上にレジストを平
坦部で所望の膜厚以上になるようにスピン塗布しレジス
ト膜が感光する線源を用いレジスト膜を現像後所望の膜
厚になる露光量で全面露光を行なう。段差の溝部等レジ
ストが他よりも厚く塗布される領域のみのレジスト膜
を、現像後所望の膜厚になる露光量で選択露光し、現像
液でレジスト膜を現像することにより基板全面に所望の
膜厚でレジスト薄膜を形成する。 【効果】 上記のことを行うことにより、ウエハ内で定
在波効果による寸法ばらつきの生じないレジスト塗布を
行うことができる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は半導体素子等を製造する
ときに用いられるレジスト塗布方法で、露光エネルギー
源として、波長４５０ｎｍ以下の紫外線、特にｉ線（３
６５ｎｍ）・ＫｒＦエキシマレーザ（２４８ｎｍ）・Ａ
ｒＦエキシマレーザ（１９３ｎｍ）を用いてパターンを
形成する際のレジスト塗布方法に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】近年、半導体デバイスの微細化が進むに
つれ、製造の一工程であるリソグラフィで用いられる露
光装置の線源波長が、従来のｇ線（４３６ｎｍ）からｉ
線（３６５ｎｍ）やＫｒＦエキシマレーザ（２４８ｎ
ｍ）へと変わりつつある。これは、短い波長ほど微細加
工ができるからである。そのため、これらの波長に最適
化されたレジストも開発され、現在ではｉ線で０．３５
μｍ、ＫｒＦでは０．２５μｍが解像することができ
る。

【０００３】これらの開発されたレジストは、線源から
の入射光をレジスト底部まで透過させるため、入射光に
対する透明度を上げている。そのため、基板からの反射
光と入射光によって生じる定在波効果が大きくなり、レ
ジスト膜厚の変動によるパターン寸法の変化が大きくな
る。（図３）にＫｒＦエキシマレーザ用レジストにおけ
る定在波効果による寸法変動を示す。横軸にレジスト膜
厚、縦軸にパターン寸法を示している。このように、わ
ずか数十ｎｍのレジスト膜厚変動で、０．３μｍもの寸
法変動が生じている。一般にレジストの塗布方法は、真
空チャックされた基板上にレジストを滴下し、基板をモ
ータ等で回転させてレジスト薄膜を形成する、所謂スピ
ン塗布法である。この方法では段差部の上下では異なっ
た膜厚でレジスト薄膜が形成される。実際の半導体基板
には様々な段差があるため、チップ及びウエハ面内では
基板表面形状に沿って均一な膜厚でレジスト薄膜が形成
されていない。このように定在波効果が大きくなると、
実際に使用することは困難になってくる。

【０００４】この定在波効果を低減する手段として、次
に示す２つの方法が挙げられる。１つ目は、レジストを
塗布する前に基板からの反射をおさえる膜（反射防止
膜）を形成する方法である。これは、基板からの反射光
を少なくし、定在波を小さくしようとするものである。

【０００５】２つ目は、レジストの屈折率ｎに対して、
屈折率ｎ^1/2なる材料をレジスト上に塗布する方法であ
る。（図４）にこの方法の説明図を示す。この方法は上
部層９を図に示した膜厚に形成することにより、基板か
らの反射光１２がレジスト１０と上部層９との界面で再
び反射し生じた再反射光Ａ１３と、上部層９と外気との
界面で生じる再反射光Ｂ１４とを干渉させ、打ち消し合
うことにより、多重反射を低減させるものである。

【０００６】これら２つの方法とも、定在波効果を低減
することは既に証明されている。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら上記のよ
うな方法では、以下に示す様な問題点を有していた。１
つ目の方法では １．反射防止膜へのパターン転写はドライエッチングで
行わなければならない。また、このことにより寸法変動
が生じる。

【０００８】２．反射防止膜を実基板上で均一な膜厚で
形成することができないため、ウエハ内で定在波低減効
果にばらつきが生じる。２つ目の方法では、 １．上部層を実基板上で均一な膜厚で形成することがで
きないため、ウエハ内で定在波低減効果にばらつきが生
じる。

【０００９】２．レジストの屈折率ｎに対して、屈折率
ｎ^1/2なる上部層として適した材料があまり存在しな
い。

【００１０】本発明は上記問題点に鑑み、ウエハ全域に
おいてばらつきのない定在波低減効果が可能なレジスト
塗布方法およびパターン形成方法を提供するものであ
る。

【００１１】

【課題を解決するための手段】上記問題点を解決するた
めに本発明のレジスト塗布方法は、基板上にレジストを
平坦部で所望の膜厚になるようにスピン塗布する工程も
しくは基板上にレジストを平坦部で所望の膜厚以上にな
るようにスピン塗布し前記レジスト膜が感光する線源を
用い前記レジスト膜を現像後所望の膜厚になる露光量で
全面露光する工程と、段差の溝部等レジストが他よりも
厚く塗布される領域のみの前記レジスト膜を、現像後所
望の膜厚になる露光量で選択露光する工程と、現像液で
前記レジスト膜を現像して基板全面に所望の膜厚でレジ
スト薄膜を形成する工程を備えたものである。

【００１２】

【作用】定在波効果による寸法ばらつきは、レジスト薄
膜が基板表面形状に沿って均一な膜厚で形成されていな
いために生じる。

【００１３】本発明は上記した方法によって、まず基板
上にレジスト薄膜を形成する。この時、段差の上部もし
くは平坦部でレジスト薄膜が所望の膜厚でなかった場
合、それらの領域で現像後所望の膜厚になるような露光
量で全面露光を行なう。もし、それらの領域でレジスト
薄膜が所望の膜厚である場合は、この露光は行なわな
い。一般に段差の下部や溝部では段差の上部や平坦部に
比べ、レジスト薄膜は厚く形成される。そこでこれらの
領域で所望の膜厚を得るため、この領域のみ現像後所望
の膜厚になるような露光量で選択露光を行なう。その
後、現像液でレジストを現像することにより、基板表面
形状に沿って均一な膜厚でレジスト薄膜を形成できる。

【００１４】この方法でレジスト薄膜を形成した基板の
露光・現像を行なうことにより、ウエハ面内のどの領域
においても一定の定在波効果を生じているため、寸法ば
らつきをなくすことができる。

【００１５】

【実施例】以下本発明の一実施例のレジスト塗布方法に
ついて、図面を参照しながら説明する。

【００１６】（図１）は本発明の実施例におけるレジス
ト塗布方法の断面構造図を示すものである。１はシリコ
ン基板、２はレジスト、３は紫外光、４は露光領域、５
は段差の溝部等レジストが他よりも厚く塗布される領域
のみを露光する場合に使用するマスク、６は所望パター
ンのマスクを示している。

【００１７】以上のように構成されたレジスト塗布方法
について、以下（図１）を用いてその動作を説明する。

【００１８】まず、段差のあるシリコン基板１上にｉ線
レジスト２をスピン塗布、９０゜Ｃ・９０ｓｅｃでプリ
ベークし、レジスト薄膜２を１．２５μｍ厚で形成し
た。このときの、シリコン基板１の段差は１６０ｎｍで
あり、レジスト薄膜２は均一膜厚で形成されるので、段
差の上部や平坦部では１．２５０μｍ、段差の下では
１．４１０ｎｍ厚で形成されている。そのため段差の上
と下では定在波効果による寸法差が最大になる。次に、
ｉ線の露光光源３でレジスト薄膜２を段差の溝部等レジ
ストが他よりも厚く塗布される領域のみを、マスク５を
用いて現像後膜厚が１．２５０μｍになる露光量である
２０ｍｓｅｃで選択的に露光した（ａ）。こののち、レ
ジスト２をアルカリ水溶液で現像し、段差の上と下で同
じ膜厚のレジスト薄膜２を形成することができた
（ｂ）。

【００１９】次に、上記方法で形成されたレジスト薄膜
を所望パターンのマスク６を使用し、ｉ線で露光量３４
０ｍｓｅｃで選択的に露光（ｃ）、現像を行なった。そ
の結果段差の上・下で寸法ばらつきのないパターン２Ａ
の形成ができた（ｄ）。

【００２０】以上のように本実施例によれば、低段差の
基板において本発明が有効であることが証明された。

【００２１】以下本発明の第２の実施例について（図
２）を用いてその動作を説明する。まず、段差のあるシ
リコン基板１上にｉ線レジスト２をスピン塗布、９０゜
Ｃ・９０ｓｅｃでプリベークし、レジスト薄膜２を２．
５４０μｍ厚で形成した。このときの、シリコン基板１
の段差は４９０ｎｍであり、レジスト薄膜２は均一膜厚
で形成されるので、段差の上部や平坦部では２．５４０
μｍ、段差の下では３．０３０ｎｍ厚で形成されている
（ａ）。次に、ｉ線の露光光源３でレジスト薄膜２を、
段差の上部や平坦部が現像後膜厚が１．２５０μｍにな
る露光量である１２０ｍｓｅｃで全面露光を行なった
（ｂ）。７は露光領域である。その後、再びｉ線の露光
光源３でレジスト薄膜２を段差の溝部等レジストが他よ
りも厚く塗布される領域８のみを、マスク５を用いて現
像後膜厚が１．２５０μｍになる露光量である６０ｍｓ
ｅｃで選択的に露光した（ｃ）。こののち、レジスト２
をアルカリ水溶液で現像し、段差の上と下で同じ膜厚の
レジスト薄膜２を形成することができた（ｄ）。

【００２２】次に、上記方法で形成されたレジスト薄膜
を所望パターンのマスク６を使用し、ｉ線で露光量３４
０ｍｓｅｃで選択的に露光・現像を行なった（ｅ）。

【００２３】その結果、第１の実施例と同様に、段差の
上・下で寸法ばらつきのないパターン２Ａの形成ができ
た（ｆ）。

【００２４】以上のように第２の実施例によれば、高段
差の基板においても本発明が有効であることが証明され
た。

【００２５】ただし、同じ基板においても段差の幅や形
状によっては形成されるレジストの膜厚が異なるため、
現像後所望の膜厚になる露光量で選択露光する工程も、
各レジスト膜厚に適したマスク・露光量で複数回行なっ
てもよい。

【００２６】また線源は、レジスト膜が感光する波長の
ものであればよく、例えばｇ線（４３６ｎｍ）・ＫｒＦ
エキシマレーザ（２４８ｎｍ）、もしくはＡｒＦエキシ
マレーザ（１９３ｎｍ）であってもよい。

【００２７】

【発明の効果】以上のように本発明は、基板上にレジス
トを平坦部で所望の膜厚になるようスピン塗布もしくは
基板上にレジストを平坦部で所望の膜厚以上になるよう
にスピン塗布しレジスト膜が感光する線源を用いレジス
ト膜を現像後所望の膜厚になる露光量で全面露光を行な
い、段差の溝部等レジストが他よりも厚く塗布される領
域のみのレジスト膜を、現像後所望の膜厚になる露光量
で選択露光し、現像液でレジスト膜を現像することによ
り基板全面に所望の膜厚でレジスト薄膜を形成すること
ができる。さらにそのレジスト薄膜を露光・現像するこ
とによりウエハ面内で寸法ばらつきのないパターン形成
を行なうことができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１の実施例の方法における断面工程
図

【図２】本発明の第１の実施例の方法における断面工程
図

【図３】ＫｒＦエキシマレーザ用レジストにおける定在
波効果による寸法変動を示す図

【図４】スピン塗布法によるレジスト塗布状態の一例を
示した断面構造図

【符号の説明】

１ シリコン基板 ２ レジスト ３ 紫外光 ４ 露光領域 ５ 段差の溝部等レジストが他よりも厚く塗布される領
域のみを露光する場合に使用するマスク ６ 所望パターンのマスク

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】基板上にレジストを平坦部で所望の膜厚に
   なるようにスピン塗布する工程と、段差の溝部等レジス
   トが他よりも厚く塗布される領域のみの前記レジスト膜
   を、現像後所望の膜厚になる露光量で選択露光する工程
   と、現像液で前記レジスト膜を現像して基板全面に所望
   の膜厚でレジスト薄膜を形成する工程とを備えたことを
   特徴とするレジスト塗布方法。
2. 【請求項２】基板上にレジストを平坦部で所望の膜厚以
   上になるようにスピン塗布する工程と、前記レジスト膜
   が感光する線源を用い前記レジスト膜を、現像後所望の
   膜厚になる露光量で全面露光する工程と、段差の溝部等
   レジストが他よりも厚く塗布される領域のみの前記レジ
   スト膜を、現像後所望の膜厚になる露光量で再度選択露
   光する工程と、現像液で前記レジスト膜を現像して基板
   全面に所望の膜厚でレジスト薄膜を形成する工程とを備
   えたことを特徴とするレジスト塗布方法。