JPH06216068A

JPH06216068A - フォトレジストパターンの形成方法

Info

Publication number: JPH06216068A
Application number: JP2420793A
Authority: JP
Inventors: Taichi Koizumi; 太一小泉; Yoshiyuki Tani; 美幸谷
Original assignee: Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Current assignee: Panasonic Holdings Corp
Priority date: 1992-02-14
Filing date: 1993-02-12
Publication date: 1994-08-05

Abstract

(57)【要約】【目的】半導体ウェハ等の基板上にフォトレジストパ
ターンを形成する際に、定在波効果に起因する線幅のバ
ラツキを抑制する。【構成】半導体ウェハ等の基板１上にフォトレジスト
材料を塗布してフォトレジスト膜２を形成し、所定の光
源とマスク４とを用い、第１回目の露光を行う。次に、
ホットプレート６上で、加熱処理によってフォトレジス
ト膜２の厚みを所定量変化させる。その後、第１回目の
露光時と同じ光源及びマスクを用いて、第２回目の露光
を行う。その場合、フォトレジストの膜厚変化量は、第
１回目及び第２回目の露光時に生じる光の定在波の腹と
節の位置が互いにずれるように設定する。これにより、
定在波の合成効果によって、ライン幅のバラツキを小さ
く抑制する。特に、膜厚を露光光源のフォトレジスト中
での波長の４分の１の奇数倍だけ変化させる場合に、大
きな均一化効果を得る。

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
る時に用いられるフォトレジスト膜のパターン形成方法
に関し、特に、露光エネルギー源として、紫外線を用い
てパターンを形成する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
れて、製造の一工程であるリソグラフィでは、使用され
る露光装置の線源波長が、従来のｇ線（４３６ｎｍ）か
らより短いｉ線（３６５ｎｍ）やＫｒＦエキシマレーザ
線（２４８ｎｍ）へと変わりつつある。これは、短い波
長ほど解像力がよく、微細加工ができるからである。こ
れらの短い波長の光に最適なフォトレジストも開発され
ており、現在では、ｉ線によって０．３５μｍ、ＫｒＦ
エキシマレーザ線によっては０．２５μｍの解像力が得
られる。

【０００３】これらの開発されたフォトレジストは、線
源からの入射光をフォトレジスト底部まで透過させるた
めに、入射光に対する透明度が高められている。そのた
め、基板からの反射光と入射光とによって生じる定在波
効果が大きくなり、フォト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という問題が生じる。こ
れは、露光によりフォトレジスト膜に蓄積されるエネル
ギーは、定在波の腹がフォトレジスト膜の表面にあると
きが最も大きく、定在波の節がフォトレジスト膜の表面
にあるときが最も小さいことに起因するものである。図
９は、ＫｒＦエキシマレーザ用フォトレジストにおける
ライン幅の定在波効果に起因する寸法変動を示し、横軸
はフォトレジスト膜厚を、縦軸はパターン寸法を示す。
同図に示すように、フォトレジスト膜の厚みがわずか数
十ｎｍ変動すると、ライン幅の寸法が０．３μｍも変動
している。実際の半導体基板の表面には様々な段差があ
るために、チップ又はウェハ面内でフォトレジストの膜
の厚みは均一でない。

【０００４】したがって、このように定在波効果が大き
くなると、短い波長の線源に適した透明度の高いフォト
レジストを実際に使用することは困難となってくる。

【０００５】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。

【０００６】第１の方法は、基板にフォトレジストを塗
布する前に基板からの反射光を少なくするための反射防
止膜を形成する処理を行って、定在波を小さくしようと
する方法である。

【０００７】第２の方法は、屈折率が「ｎ」であるフォ
トレジストの上に、屈折率が「ｎ^1/ ²」の材料からなる
干渉防止膜を形成する方法である。図１０は、この方法
により干渉防止膜を設けた場合における露光光の反射状
態を示す。この方法では、基板１の上に屈折率「ｎ」の
フォトレジスト膜２を塗布し、そのフォトレジスト膜２
の上に厚みが「Ｔ」の干渉防止膜１０を塗布する。する
と、入射光Ｌ１が基板１の表面で反射され、反射光Ｌ２
を生じる。この反射光Ｌ２がフォトレジスト膜２と干渉
防止膜１０との界面で再び反射して生じた再反射光Ｌ３
と、干渉防止膜１０の表面つまり外気との界面で生じる
表面再反射光Ｌ４とが、打ち消し合うように干渉する。
この作用により、定在波効果を低減させるものである。

【０００８】さらに、第３の方法として、例えば特開平
４−１９５０５４号公報に開示されるごとく、基板上で
フォトレジストパターン形成のための露光を行っている
間に、加熱，電磁波印加，コロナ放電等を行って、フォ
トレジスト膜の膜厚を低減し、あるいは屈折率を変化さ
せることで、露光の進行中にフォトレジスト膜表面にお
ける定在波の位置を変化させ、フォトレジスト膜に蓄積
されるエネルギーを均一化しようとするものがある。

【０００９】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記従
来のような方法では、以下に示すような問題点を有して
いた。

【００１０】第１の方法では、基板の上に反射防止膜が
堆積され、さらにその上にフォトレジスト膜が塗布され
ているが、フォトレジスト膜にパターンを形成する際、
フォトレジストの現像液によって反射防止膜を除去する
ことができないので、フォトレジスト膜にレーザ光線を
照射した後フォトレジスト膜を現像した時、反射防止膜
が基板上にそのまま残っている。そのままではフォトレ
ジストの現像後すぐにドライエッチングなどによる基板
へのパターン転写が行えないので、反射防止膜にもフォ
トレジスト膜と同じパターン転写を行う必要があり、こ
の処理によって、寸法変動がさらに大きくなる。

【００１１】第２の方法では、フォトレジスト膜２の屈
折率「ｎ」に対して、干渉防止膜１０の干渉防止作用を
行うに必要な屈折率「ｎ」を有する適当な材料が現実に
は余り存在しない。さらに、最適膜厚からわずかに１０
ｎｍずれただけで効果が極端に悪くなる。

【００１２】第３の方法では、フォトレジストの露光時
間はｍsec オーダーであり非常に短いので、この短時間
に、通常のフォトレジスト膜を形成する材料を使用し
て、露光中におけるフォトレジスト膜の加熱処理によっ
て、フォトレジスト膜内に蓄積されるエネルギーを均一
化するだけの膜厚変化を生ぜしめるのは困難である。す
なわち、同公報には具体的な加熱処理方法とその結果が
開示されていないので、詳細は不明であるが、フォトレ
ジストパターンの幅の均一化を実現するのは困難と推測
される。

【００１３】本発明の目的は、上述のような点に鑑み、
半導体ウェハ等の基板上にフォトレジスト膜のパターン
を形成する際に、フォトレジスト膜に対し２回の露光を
行い、その露光と露光の間にフォトレジスト膜を加熱し
て膜厚を減小させ、第１回目の露光と第２回目の露光に
おけるフォトレジスト膜表面の定在波の位置をずらせる
ことにより、半導体ウェハや半導体デバイスの全域にお
いて、定在波効果による寸法のバラツキを低減するパタ
ーン形成方法とすることにある。

【００１４】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するた
め、請求項１の発明の講じた手段は、半導体ウェハ等の
基板上に所定のパターンからなるフォトレジスト膜を形
成するフォトレジストパターンの形成方法として、上記
基板上に所定の厚みを有するフォトレジスト膜を形成す
る第１工程と、上記フォトレジスト膜が感光する光の光
源と所定パターンを有するマスクとを用い、上記フォト
レジスト膜を露光させる第２工程と、上記第２工程を行
う際にフォトレジスト膜内に生じる定在波の腹と節の位
置を変化させるようフォトレジスト膜の厚みを低減する
加熱処理を行う第３工程と、上記第２工程におけると同
じマスク及び光源を用いて、上記フォトレジスト膜を再
度露光する第４工程と、現像液で上記フォトレジスト膜
を現像する第５工程とを設けたものである。

【００１５】請求項２の発明の講じた手段は、上記請求
項１記載の方法において、第３工程におけるフォトレジ
スト膜の厚みの減小値ｔを、下記式ｔ＝（２ｍ＋１）×λ／４ｎ（ただし、ｎはフォトレジスト膜の屈折率、λはフォト
レジスト膜が感光する光の波長、ｍは整数である。）で
表されるようにしたものである。

【００１６】請求項３の発明の講じた手段は、上記請求
項１又は２記載の方法において、上記第２工程における
露光強度を、第４工程における露光強度よりも大きいよ
うにしたものである。

【００１７】請求項４の発明の講じた手段は、上記請求
項３記載の方法において、上記フォトレジスト膜を、ノ
ボラック系樹脂により構成する。そして、上記第２工程
における露光強度を、第４工程における露光強度の３．
５〜４．５倍としたものである。

【００１８】

【作用】以上の方法により、請求項１の発明では、各露
光の間で行われる加熱処理により、フォトレジスト膜内
の定在波の腹及び節の位置が、第２プロセスを行う際と
第４プロセスを行う際とではずれるので、各プロセスで
露光によりフォトレジスト内に蓄積されるエネルギーが
フォトレジストの各部分で均一化され、現像後のパター
ンの線幅がほぼ均一となる。また、リソグラフィのため
の装置に付設された既存のべーキング装置を利用して、
フォトレジスト膜の膜厚変化が行われるので、コストの
増大が抑制される。

【００１９】請求項２の発明では、第２工程における定
在波の腹の位置が第４工程における定在波の節の位置
に、第２工程における定在波の節の位置が第４工程にお
ける腹の位置となり、フォトレジストパターンの線幅が
最もよく均一化されることになる。

【００２０】請求項３の発明では、第３工程におけるフ
ォトレジストのブリーチング効果により、フォトレジス
トの透過度が上昇するため、第２回目の露光における光
の透過率が第１回目の露光時よりも上昇し、定在波効果
もより強くなると思われる実験事実に基づき、第２回目
の露光時にはより少ない露光強度で第１回目の露光にお
けるエネルギーと同等のエネルギーが蓄積される。した
がって、第２工程における露光強度を第４工程における
露光強度よりも大きくすることで、フォトレジストパタ
ーンの線幅がより均一化されることになる。

【００２１】請求項４の発明では、ノボラック系フォト
レジストでは、その特性上第３工程におけるフォトレジ
ストのブリーチング効果によって透過度が著しく向上
し、第２工程の露光強度を第４工程の露光強度の１．５
〜４．５倍とすることで、フォトレジストパターンの線
幅が最も均一となる。

【００２２】

【実施例】以下、本発明の実施例であるパターン形成方
法について、図面を参照しながら説明する。

【００２３】図１（ａ）〜（ｆ）において、１はシリコ
ン基板、２はフォトレジスト膜、Ｌ１は波長が３６５ｎ
ｍのｉ線光、４はマスク、６はホットプレート、Ｍｉ１
は１回目の露光によるフォトレジスト膜中の第１定在
波、Ｍｉ２は２回目の露光によるフォトレジスト膜中の
第２定在波、Ｍｉｍは１回目と２回目の露光によるフォ
トレジスト膜中の合成定在波効果を示している。

【００２４】なお、フォトレジスト膜２の材質として
は、ｉ線用ノボラック系フォトレジスト（商品名ＰＦＲ
−ＩＸ０６１日本合成ゴム（株）製）を用いている。

【００２５】以下、図１を参照しながら、フォトレジス
ト膜２のパターンを形成していく工程を説明する。

【００２６】図１（ａ）に示すように、シリコン基板１
上に屈折率１．６８のｉ線用フォトレジスト膜２を塗布
し（シリコン基板１は回転している）、フォトレジスト
膜２中の溶剤を除去するために温度８０℃で９０sec 間
プリベークした。ここで、シリコン基板１の段差部Ａの
段差値は５４ｎｍであり、フォトレジスト膜２は均一膜
厚で形成されるので、フォトレジスト膜２の厚みは、段
差部Ａの左側（高い領域１ａ）では１．２５０μｍ、段
差部Ａの右側（低い領域１ｂ）では１．３０４μｍとな
っていた。

【００２７】次に、図１（ｂ）に示すように、ｉ線光Ｌ
１をマスク４の上方から照射して、マスク４の開口部下
方のフォトレジスト膜２を選択的に露光させた。露光時
間は、最適露光量の４／５に相当する３６０ｍsec であ
った。そのとき、フォトレジスト膜２中には入射光とフ
ォトレジスト膜２の表面での再反射光との干渉による定
在波Ｍｉ１が生じている。図に示すように、シリコン基
板１の領域１ａ側では、フォトレジスト膜２の表面（空
気との境界面）に第１定在波Ｍｉ１の腹がある状態にな
り、シリコン基板１の領域１ｂでは、フォトレジスト膜
の表面に第１定在波Ｍｉ１の節がある状態となる。

【００２８】次に、図１（ｃ）に示すように、ホットプ
レート６上にシリコン基板１を載せて、温度１１５℃で
１２０sec 間ベークを行い、フォトレジスト膜２の膜厚
をｉ線の波長λの１／４に相当する５４ｎｍだけ薄くな
るよう収縮させた。すると、図１（ｄ）に示すように、
フォトレジスト膜２が収縮することで、上記第１回目の
露光時に第１定在波Ｍｉ１が存在していた領域も、図中
破線に示すように収縮する。つまり、フォトレジスト膜
２の収縮によって第１定在波Ｍｉ１の腹と節の位置が変
化している。

【００２９】その後、図１（ｄ）に示すように、再び、
ｉ線光Ｌ１をマスク４の上方から照射して、マスク４の
開口部の下のフォトレジスト膜２を選択的に露光する第
２回目の露光を行った。露光時間は、最適露光量の１／
５に相当する９０ｍsec であった。

【００３０】そのとき、図１（ｅ）に示すように、フォ
トレジスト膜２中に第２回目の定在波Ｍｉ２が生じる
（同図の実線部分）。シリコン基板１の領域１ａではフ
ォトレジスト膜２の表面に第２定在波Ｍｉ２の節がある
状態になり、シリコン基板１の領域１ｂではフォトレジ
スト膜２の表面に第２定在波Ｍｉ２の腹がある状態とな
っている。

【００３１】一般に、露光によりフォトレジスト膜２が
受けるエネルギーは、フォトレジスト膜２の表面に腹が
ある状態で最も強く、フォトレジスト２の表面に定在波
の節がある状態で最も小さい。したがって、シリコン基
板１の領域１ａ及び領域１ｂ上のフォトレジスト膜２
が、第１定在波Ｍｉ１と第２定在波Ｍｉ２との合成効果
によって、ほぼ同じ強度の露光を受けたことになる。

【００３２】次に、フォトレジスト膜２をアルカリ水溶
液に浸漬し、フォトレジスト膜２の露光を受けた部分を
溶解させて除去つまり現像した。すなわち、フォトレジ
スト膜２のマスク４の開口部下方の部分に開口３ａ，３
ｂが形成されたパターンとなっている。このとき、シリ
コン基板１の領域１ａ上の開口３ａとシリコン基板１の
領域１ｂ上の開口３ｂとは、上述の図１（ｄ）に示すよ
うに、第１定在波Ｍｉ１と第２定在波Ｍｉ２との合成効
果によって、同じ露光量を受けるので、フォトレジスト
膜２全体が、ほぼ同じ幅を有する開口３ａ，３ｂからな
るパターンとなっている。

【００３３】なお、上記第１実施例で使用したフォトレ
ジスト膜２は、光Ｌ１が照射されると、マスク４の下方
のフォトレジスト膜２が露光されることで、その部分の
膜厚と屈折率が変化するが、その変化量は、ほとんど定
在波の変化がほとんど検知されないほどごくわずかなも
のであった。

【００３４】上述のように、定在波効果による寸法ばら
つきは、レジスト中で生じた定在波がレジストと外気と
の界面で腹の部分にあたるか、節の部分にあたるかで生
じている。つまり、露光によりフォトレジスト膜に蓄積
されるエネルギーは、定在波の腹がフォトレジスト膜の
表面にあるときが最も大きく、定在波の節がフォトレジ
スト膜の表面にあるときが最も小さい。そこで、上記実
施例のように、第１回目と第２回目の露光の間に露光光
源のフォトレジスト膜中での波長の４分の１の奇数倍の
膜厚だけレジスト膜厚を変化させることにより、第１回
目の露光と第２回目の露光によりフォトレジスト膜が受
けるエネルギー量がウェハの各部で均一となる。これに
より、フォトレジスト現像後のライン幅の寸法ばらつき
をなくすことができる。

【００３５】なお、上記第１実施例では、熱処理によっ
てフォトレジスト膜２の膜厚を、光Ｌ１の波長λの１／
４ｎ（ｎはフォトレジストの屈折率）だけ減らせるよう
にしたが、必ずしも波長λの１／４ｎだけ変化させなけ
ればならないことはない。第１定在波Ｍｉ１及び第２定
在波Ｍｉ２の腹及び節の位置が互いにずれていれば、そ
れらの合成効果によって露光領域が均一化され、後にこ
のパターンを有するフォトレジスト膜を用いて製造され
る半導体装置のライン幅のバラツキを減小させる効果が
得られる。ただし、膜厚を（２ｍ＋１）×λ／４ｎ（ｍ
は整数、λは光の波長、ｎは屈折率）だけ変化させるこ
とで、特に第１定在波及び第２定在波の腹と節とが打ち
消し合うので、各定在波の合成作用によるライン幅の均
一化効果が大きい。

【００３６】また、上記実施例では、理解を容易にする
ために段差部Ａの両側の段差値がλ／４ｎである場合に
ついて説明したが、本発明の効果は、段差値がどんな値
であっても発揮される。フォトレジストの表面が定在波
の腹や節でなくその間の部分であっても、２回目の露光
で定在波の位置が第１回目の露光時とずれることで、そ
れらの定在波の合成効果によって、露光エネルギーが全
体として均一化されるからである。

【００３７】なお、フォトレジスト膜２の材質として、
ｇ線光やｉ線光を使用する場合にはノボラック系フォト
レジストを用いるが、本発明が適用されるフォトレジス
ト膜の材質はかかる材質に限定されるものではない。例
えばＫｒＦエキシマレーザフォトレジスト膜に使用され
ている化学増幅型フォトレジスト等、熱処理等によって
フォトレジスト膜の膜厚を変化させることが可能なあら
ゆるフォトレジストにも適用できる。

【００３８】本発明におけるフォトレジストの膜厚を変
化させる方法は、上記実施例のような熱処理による方法
に限定されるものではない。例えば、長時間の紫外線の
照射等によって光重合反応を起こさせても、膜厚の変化
が生じる。ただし、特に、フォトレジストの膜厚変化を
熱処理で行うようにした場合、短時間でしかもウエハ面
内で均一に起こすことができる。

【００３９】次に、第２実施例について説明する。

【００４０】露光光源をＫｒＦエキシマレーザとし、フ
ォトレジスト膜２を屈折率１．５５のＫｒＦエキシマレ
ーザ線用、基板１の段差部Ａの段差値を４０ｎｍにし、
上記第１実施例と同様の実験を行った。すなわち、第１
回目の露光を行ってから熱処理によってフォトレジスト
膜の厚みを露光光の波長の１／４だけ低減させ、その後
第１回目の露光と同じ光源及び同じマスクを用いて第２
回目の露光を行った。

【００４１】その結果、第１実施例と同様に、シリコン
基板中の高さの異なる段差部の両側で、ライン幅のばら
つきのほとんどないパターン形成ができた。

【００４２】以上のように、本発明は上記第１実施例の
ようなｉ線光だけでなく、ＫｒＦエキシマレーザ線にも
有効なものである。

【００４３】（実験例）次に、本発明について行った具
体的な実験結果について説明する。

【００４４】まず、第１回目の露光と第２回目の露光の
強度比を最適にすることが重要である。図２は、同じＣ
ＭＯＳチップ上における０．５μｍ孤立パターンと０．
５μｍのＳＲＡＭセルパターンの線幅を、第１回目の露
光と第２回目の露光の強度比を変化させてプロットした
ものである。フォトレジスト膜２の材質は、上述のＰＦ
Ｒ−ＩＸ０６１であった。プリベークの条件，収縮のた
めのベークの条件及び後処理のためのベークの条件は、
それぞれ、８０℃，９０sec 、１１５℃，１２０sec 、
１１５℃，１２０sec であった。収縮のためのベークに
よるフォトレジスト膜の厚みの変化は、５４ｎｍつまり
約λ／４ｎ（λ＝３６５ｎｍ，ｎ＝１．６８）であっ
た。同図に示されるように、定在波効果によって、孤立
パターンの線幅はＳＲＡＭセルパターンの線幅とは異な
っている。したがって、両者の線幅の差は、最適な露光
強度比の所で最小となる。このフォトレジストでは、第
１回目の露光と第２回目の露光との最適強度比は４対１
であった（図中の破線部分）。

【００４５】このように第１回目の露光強度のほうが大
きいときに最適となるのは、フォトレジストの透過度が
第１回目の露光によるブリーチ効果によって上昇するた
めと考えられる。すなわち、第２回目の露光における光
の透過率が第１回目の露光時よりも上昇し、定在波効果
もより強くなるので、第２回目の露光時にはより少ない
露光強度で第１回目の露光におけるエネルギーと同等の
エネルギーが蓄積されるためと考えられる。フォトレジ
ストの種類によって最適な露光強度比は異なるが、少な
くともノボラック系フォトレジストでは、露光強度比が
「１」以上であること、特に強度比が１．５〜４．５の
間であることが好ましい。

【００４６】図３は、定在波効果つまりフォトレジスト
膜厚の変化に対するライン幅の変化を示し、白丸は従来
の工程、黒丸は本発明の工程による測定値をプロットし
たもので、いずれもシリコン基板上への０．５μｍの線
及び間隙パターンに対するものである。本発明の工程で
は、ライン幅のバラツキ（最大値と最小値との差）が従
来の工程に比べ、約３０％に低減していることがわか
る。

【００４７】次に、本発明の工程によって、２回の露光
間におけるマスクの位置合わせ精度如何で限界寸法（Ｃ
Ｄ）が劣化する虞れがないかどうかを調べた。図４は、
第１回目と第２回目の露光におけるマスクの位置ずれに
対する０．５μｍパターンのライン幅のバラツキを示
す。マスクの位置ずれが例え０．３μｍになっても、ラ
イン幅はほとんど変化しない。図５は、本発明の工程に
おけるライン幅のバラツキの測定結果を示す。同じマス
クのアラインメントマークを用いてマスクの位置誤差を
無視しうるほど小さくすることによって、ライン幅のバ
ラツキを無視しうる程度に抑制できる。すなわち、第１
回目の第２回目のマスクの位置精度は考慮しなくてもよ
いことがわかる。

【００４８】次に、６４ＭＤＲＡＭへの本発明の適用に
ついて述べる。図６は、０．３５μｍ幅の線を有する６
４ＭＤＲＡＭの全セルパターンのうち中央部と４つのコ
ーナー部におけるライン幅を示す。中央部におけるフォ
トレジスト膜の厚みは４つのコーナー部における厚みと
は異なっている。従来の工程では中央部と４つのコーナ
ー部との間のライン幅のバラツキは約０．１μｍであ
る。一方、本発明の工程では、ライン幅のバラツキが
０．０４μｍに改善されている。

【００４９】図７（ａ），（ｂ）は、あるコーナー部に
おける６４ＭＤＲＡＭのセルパターンのＳＥＭ写真を示
す。本発明の工程によってパターン形状が改善されてい
ることが明確に示されている。

【００５０】図７（ａ），（ｂ）は、コーナー部におけ
る６４ＭＲＡＭセルパターンを示し、同図（ａ）は従来
の方法によるもの、同図（ｂ）は本発明の方法によるも
のである。すなわち、従来の方法では、セルパターンの
線幅の変化が大きいのに対し、本発明の方法では、線幅
の変化が小さく均一化されていることがわかる。

【００５１】次に、図８は、収縮のためのベークの温度
に対するフォトレジスト膜厚の変動量を示す。フォトレ
ジスト材質は上記ＰＦＲ−Ｘ０６１、フォトレジストの
初期膜厚は１．０６μｍ、ベーク時間は１２０sec であ
る。そして、プリベーク条件を８０℃，９０sec （図中
の白丸）、９０℃，９０sec （図中の黒丸）の２通りと
した。図に示されるように、ｉ線光を使用する場合の適
正な膜厚変動量５４ｎｍを得るには、プリベーク条件が
８０℃，９０sec の場合には、収縮のためのベークの温
度を約１１５℃に、プリベーク条件が９０℃，９０sec
の場合には、収縮のためのベークの温度を約１３０℃に
すればよい。ただし、ベークするときの温度がフォトレ
ジストを構成する材料のガラス転移温度に近付くと、フ
ォトレジストが流動性を帯びるので、精度上悪影響を及
ぼす虞れがある。したがって、ベーク温度は、１００℃
前後が好ましい。つまり、この材質のフォトレジストの
場合、ベーク時間が１２０sec で、ベーク温度は１１５
℃程度が最適であり、また、プリベーク条件は、８０
℃，９０sec が最適となる。

【００５２】

【発明の効果】以上説明したように、請求項１の発明に
よれば、各露光の間で行われる加熱処理により、フォト
レジスト膜内の定在波の腹及び節の位置が、第２プロセ
スを行う際と第４プロセスを行う際とではずれるので、
各プロセスで露光によりフォトレジスト内に蓄積される
エネルギーがフォトレジストの各部分で均一化され、現
像後のパターンの線幅がほぼ均一となる。また、リソグ
ラフィのための装置に付設された既存のべーキング装置
を利用して、フォトレジスト膜の膜厚変化が行われるの
で、コストの増大が抑制される。

【００５３】請求項２の発明によれば、第２工程におけ
る定在波の腹の位置が第４工程における定在波の節の位
置に、第２工程における定在波の節の位置が第４工程に
おける腹の位置となり、フォトレジストパターンの線幅
が最もよく均一化されることになる。

【００５４】請求項３の発明によれば、第２工程におけ
るフォトレジストのブリーチング効果により、フォトレ
ジストの透過度が上昇するため、第２回目の露光におけ
る光の透過率が第１回目の露光時よりも上昇し、定在波
効果もより強くなると思われる実験事実に基づき、第２
回目の露光時にはより少ない露光強度で第１回目の露光
におけるエネルギーと同等のエネルギーが蓄積される。
したがって、第２工程における露光強度を第４工程にお
ける露光強度よりも大きくすることで、フォトレジスト
パターンの線幅がより均一化されることになる。

【００５５】請求項４の発明によれば、ノボラック系フ
ォトレジストでは、その特性上第２工程におけるフォト
レジストのブリーチング効果によって透過度が著しく向
上し、第２工程の露光強度を第４工程の露光強度の１．
５〜４．５倍とすることで、フォトレジストパターンの
線幅が最も均一となる。

【図面の簡単な説明】

【図１】実施例におけるフォトレジストパターン形成工
程中のフォトレジストの状態を示す断面図である。

【図２】露光強度比に対する孤立パターンとＳＲＡＭセ
ルパターンの線幅の変化を示す図である。

【図３】フォトレジスト膜厚の変化に対するライン幅の
変化を、従来の工程と本発明の工程について比較する図
である。

【図４】第１回目と第２回目の露光におけるマスクの位
置ずれに対する０．５μｍパターンのライン幅のバラツ
キを示す図である。

【図５】本発明の工程におけるライン幅のバラツキの測
定結果を示す図である。

【図６】０．３５μｍ幅の線を有する６４ＭＤＲＡＭの
全セルパターンのうち中央部と４つのコーナー部におけ
るライン幅を示す図である。

【図７】６４ＭＲＡＭセルパターンの従来法と本発明に
おける線幅の均一性を比較する写真図である。

【図８】ベーク温度に対する膜厚変動量の実験結果を示
す図である。

【図９】従来のＫｒＦエキシマレーザ用フォトレジスト
における定在波効果によるライン幅の寸法の変動を示す
図である。

【図１０】従来の定在波効果を低減するために干渉防止
膜を設ける方法を示す断面図である。

【符号の説明】

１シリコン基板２フォトレジスト膜４マスク６ホットプレートＡ段差部Ｍｉ１第１定在波Ｍｉ２第２定在波Ｍｉｍ合成定在波Ｌ１入射光Ｌ２反射光Ｌ３再反射光Ｌ４表面再反射光

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】半導体ウェハ等の基板上に所定のパター
ンからなるフォトレジスト膜を形成するフォトレジスト
パターンの形成方法であって、上記基板上に所定の厚みを有するフォトレジスト膜を形
成する第１工程と、上記フォトレジスト膜が感光する光の光源と所定パター
ンを有するマスクとを用い、上記フォトレジスト膜を露
光させる第２工程と、上記第２工程を行う際にフォトレジスト膜内に生じる定
在波の腹と節の位置を変化させるようフォトレジスト膜
の厚みを低減する加熱処理を行う第３工程と、上記第２工程におけると同じマスク及び光源を用いて、
上記フォトレジスト膜を再度露光する第４工程と、現像液で上記フォトレジスト膜を現像する第５工程とを
備えたことを特徴とするフォトレジストパターンの形成
方法。
【請求項２】請求項１記載のフォトレジストパターン
の形成方法において、第３工程におけるフォトレジスト膜の厚みの減小値ｔ
は、下記式ｔ＝（２ｍ＋１）×λ／４ｎ（ただし、ｎはフォトレジスト膜の屈折率、λはフォト
レジスト膜が感光する光の波長、ｍは整数である。）で
表されることを特徴とするフォトレジストパターンの形
成方法。
【請求項３】請求項１又は２記載のフォトレジストパ
ターンの形成方法において、上記第２工程における露光強度は、第４工程における露
光強度よりも大きいことを特徴とするフォトレジストパ
ターンの形成方法。
【請求項４】請求項３記載のフォトレジストパターン
の形成方法において、上記フォトレジスト膜は、ノボラック系樹脂により構成
され、上記第２工程における露光強度は、第４工程における露
光強度の１．５〜４．５倍であることを特徴とするフォ
トレジストパターンの形成方法。