JPH06318541A - パターンの形成方法 - Google Patents
パターンの形成方法Info
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- JPH06318541A JPH06318541A JP5310882A JP31088293A JPH06318541A JP H06318541 A JPH06318541 A JP H06318541A JP 5310882 A JP5310882 A JP 5310882A JP 31088293 A JP31088293 A JP 31088293A JP H06318541 A JPH06318541 A JP H06318541A
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- Physics & Mathematics (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Exposure And Positioning Against Photoresist Photosensitive Materials (AREA)
- Photosensitive Polymer And Photoresist Processing (AREA)
- Exposure Of Semiconductors, Excluding Electron Or Ion Beam Exposure (AREA)
Abstract
るためのパターンの形成方法を提供する。 【構成】 これは段差を有する被加工基板上にフォトレ
ジスト膜を形成する段階と、前記フォトレジスト膜を第
1マスクを使用し第1露光する段階と、前記露光された
フォトレジスト膜の中で段差により相対的に厚い部分を
露光するためのパターンを有する第2マスクを使用し第
2露光する段階と、得られる露光レジストを現像する段
階を含む。 【効果】 これにより、特に段差部分の厚いレジストに
十分な露光が成されブリッジ、スカム等が発生せず、プ
ロファイルの向上された優れたパターンが得られる。
Description
り、特に高段差部分でのパターンプロファイルの向上さ
れたパターンを提供しながらもその製造工程の単純化さ
れたパターンの形成方法に関する。
されるにつれ複雑な構造の導入で半導体基板上の微細パ
ターン形成技術に対する要求度が高まっている。このよ
うな半導体装置のパターンがフォトリソグラフィー法に
より形成されることは広く知られている。
成方法は次の通りである。先ず、絶縁膜、伝導性膜また
は半導体ウェハー等のようにパターンを形成しようとす
る基板の上部に、紫外線やX線等の光を照射すれば溶解
度変化が起こるようになるフォトレジスト膜を形成す
る。所定の部分のみを選択的に露光できるようにパタニ
ングされたマスクを使用し前記レジスト膜に選択的に光
を照射した後、現像し溶解度の大きいレジスト部分(ポ
ジティブ形のレジストの場合、露光された部分)は取り
除き溶解度の小さいレジスト部分を残しレジストパター
ンを形成する。レジストの取り除かれた部分の基板はエ
ッチングしパターンを形成し基板エッチングの完了され
た後、残ったレジストを取り除き各種の配線、電極等に
必要なパターンを得させる。
微細なパターンを高い解像度で形成できるので多く利用
されているが、より微細なパターンを形成するためには
多くの工程上の改善を必要とする。
後、現像して得た微細なパターンでパターンの線幅はフ
ォトマスク上に形成されたパターンの線幅と同一に一定
することが要求される。しかしながら、フォトリソグラ
フィーに幾つの段階の工程が存するのでパターンの線幅
を一定に保つことは非常に難しい。このような線幅偏差
は、主に、a)相異なるレジスト厚さを有するレジスト
内に集められるエネルギーの差、b)回折および反射に
よる段差での光の散乱等に基づく( S.Wolf and R.N. T
auber, Silicon Processing for the VLSI Era, Vol.1,
p439(1986) )。
パターン形成工程の流れ図であるが、これを参照にして
更に詳細に調べれば次の通りである。
で回転させながら感光性のフォトレジスト物質を基板の
上部に塗布した後、高速回転(2000ないし6000
rpm)させれば感光性物質が遠心力により放射状で拡
がりながら基板全体に均一な厚さのレジスト膜を形成す
る。
スト法によるパターン形成の際段差でのレジスト厚さ変
化および現像の後段差でのパターン形を示す図面であ
る。図面の通り、基板上に既にパターンが形成されてお
り段差が存する場合にはレジスト膜の厚さが部分的に異
なる。すなわち、図3Aに示した通り基板1の上部、段
差がある部分ではレジスト膜2が厚く形成される。特
に、素子の高集積化により複雑な構造の導入で段差の数
が増加されたが、このような複雑な段差によりフォトレ
ジスト塗布の際段差部分のレジストが他の部分に比べ相
対的に厚く形成されれば、後にレジストパターンの形成
の際パターンブリッジやスカム等の誘発が増加する。
スト膜を露光および現像して得られたレジストパターン
3を示す。図3Bを見れば図3Aで段差の下、レジスト
厚さの特に厚い部分に対応する所のレジストが現像の際
完全に取り除かれず部分4のようにレジストパターン3
の間に残留されていることが分かる。
因を調べれば次の通りである。
すれば、露光の際光線の焦点をレジストの厚さの中心線
に合わせるべきであるが(レジスト表面での露光領域と
レジスト下部での露光領域が焦点に対し対称なので、焦
点がレジストの厚さの中心線に合わせられる時、レジス
ト表面での露光領域とレジスト下部での露光領域が同一
になりシャープな光度分布を持つ)、段差のあるウェハ
ー上に形成されたレジスト膜の厚さは基板の領域により
一定していないので全レジスト膜の厚さの中心線と光線
の焦点を一致させることはほぼ不可能である。すなわ
ち、例えば相対的にレジスト厚さの厚い段差では光線の
焦点線がレジストの厚さの中心線の上部に存するのでレ
ジストの下部露光範囲が広くなるが、これはレジスト下
部での露光エネルギーが相対的に不足であるというこ
と、すなわち露光が十分でないことを意味する。不十分
な露光は望ましくないことにレジスト現像の後線幅の変
化、ブリッジ、スカム発生等をもたらす。これは結局レ
ジストパターンプロファイルの不良を発生し基板のエッ
チングを不可能にしたりもする。
-layer resist )による前記のような問題点を解決する
ために多層レジスト法(MLR;multi-layer res-ist
)が導入された。
ーン形成工程の流れ図を示し、図4には多層レジスト法
によるパターン形成の際層間構造を説明するための図面
を示した。図2および図4を参照にして多層レジスト法
を詳細に説明すれば次の通りである。
トレジスト11を基板の段差より厚く塗布してベークす
る。その上部に層間絶縁膜12を塗布した後、露光用の
上部フォトレジスト13を塗布し多層レジストを形成す
る。上部のフォトレジストを露光、現像の後層間絶縁膜
を乾式蝕刻(ドライエッチング)する。後に、下部の平
坦化用のフォトレジストを酸素ガスO2 、プラズマを利
用し乾式蝕刻することによりレジストパターンを形成す
る。レジストパターンを利用し基板をエッチングし、残
ったレジストを取り除きパターンを得る。この多層レジ
スト法によれば0.5μm以下の高解像度を有するパタ
ーンが得られる。
07775号に開示されている。凹凸や段差の存する基
板の上部に有機物層(下部膜)を厚く塗布し平坦にした
後、その上にSOG(spin on glass )やPSG(phos
phosilicate glass )またはSiO2 より構成された中
間膜を形成し、これの上部にフォトレジスト膜(上部
膜)を形成させる。通常のフォトリソグラフィー技術に
より、前記上層膜を露光および現像し、前記中間膜をエ
ッチングし所定の形に加工した後、この中間膜パターン
をマスクにして前記厚い下部膜の露出された部分をドラ
イエッチングし取り除く。下部膜パタニングにより被加
工膜の露出された部分をエッチングし所定のパターンを
形成するようになったのである。
号には多層レジスト法において、中間膜の光に対する屈
折率と、上部膜および下部膜の光に対する屈折率との差
を少なくすることにより、上部膜と中間膜および中間膜
と下部膜の間の各界面における光の反射を減少させると
同時に、下部膜における膜の厚さの差により生ずる膜内
干渉を防止し、パターン形成の際寸法変動を抑制するこ
とによりパターンの解像度を向上させる方法が開示され
ている。前記文献に述べられた方法は被加工膜、有機高
分子化合物より成る下部膜、前記下部膜より耐ドライエ
ッチング性の大きい材料よりなる中間膜および感光性を
有する上部膜を基板上に順に積層する段階と、前記上部
膜の所定の部分に選択的に光を照射した後現像し、所定
の形を有する上部膜のパターンを形成する段階と、前記
下部膜の露出された部分を取り除く段階と、前記被加工
膜の露出された部分を取り除き前記被加工膜よりなるパ
ターンを形成する段階を含むが、前記中間膜の光屈折率
と前記上部膜および下部膜の光屈折率差がそれぞれ12
%以下である。
る微細パターンを得ることはできるが、工程が煩わしく
多くの段階を経るべきなので、生産性が低く欠点が増加
する可能性が大きくなり全体的な半導体製造コストが増
える問題がある。
した問題点を解決するために単一層レジスト法を使用す
るので多層レジスト法の場合のように複雑な段階を経ず
工程が単純でありコストが節減されながらも、特に段差
部分での厚くなったフォトレジストが容易に現像でき優
れた解像度を有するパターンが得られるパターン形成方
法を提供することである。
に本発明では、段差を有する被加工基板上にフォトレジ
スト膜を形成する段階と、前記フォトレジスト膜を第1
所定パターンの第1マスクを使用し第1露光する段階
と、前記露光されたフォトレジスト膜の中で段差により
相対的に厚くなった部分を露光するためのパターンを有
する第2の所定パターンの第2マスクを使用し第2露光
する段階と、得られる露光レジストを現像する段階を含
んで成ることを特徴とするパターンの形成方法を提供す
る。
のあるレジスト膜を第1マスクおよび第2マスクを使用
し二回露光するので優れたプロファイルを有するパター
ンが得られる。
説明する。
光の後、厚いレジスト部分を第2マスクを使用し再び露
光させ、特に前記レジスト膜を第1マスクおよび第2マ
スクを使用し連続的に露光装置内で露光するのが好まし
い。また、前記第2マスクのパターンは段差部分に沿い
0.5ないし400μmの大きさを有するように製造す
るのが望ましく、さらに望ましいことは前記第2マスク
のパターンをフォトレジストの厚さと段差の深さにより
その大きさが調節できるように製造する。
程の流れ図である。本発明は段差のある素子上に解像度
の高いパターンを形成するために1層レジスト上に所定
のパターンを有するマスクを使用し第1露光した後、段
差部分の厚いレジストを効果的に取り除くために所定の
パターンを有する第2マスクを使用し第2露光を遂行す
るようになった点にその特徴がある。すなわち、第1露
光の後厚いレジスト部分で露光エネルギーの脆弱により
PAC(photo active compound )の分解濃度が少なく
てこの部分が後にきれいに現像されない問題点を改善す
るために、段差部分をもう一回露光させることにより露
光エネルギーを補充しPAC濃度を高めた。
1露光の際の露光エネルギー量の5ないし20%にする
のが望ましいが、これはエネルギー量が5%より小さけ
ればその露光効果が微弱であり、20%を超過すればエ
ネルギー増加によるパターンの解像度の増加が却って減
少するためである。第2露光エネルギー量を第1露光エ
ネルギー量に比べ弱くすれば、第1マスク介在の際に露
光されない部分が第2マスク介在の際に露光されても、
この部分には露光量が少なくて現像されないのでパター
ンで残らず、二回露光される段差部分レジストは十分に
露光されるので露光の縁部分まできれいなパターンが形
成される。
の上部に合うパターンを有するので第1マスクの場合の
ように微細なパターンがほぼなく、十分に大きいサイズ
を有するので第2露光の際には第1露光の際のようにマ
スクの正確な配列を必要とせずマスクのローテーショ
ン、オルトゴナリティ(orthogonality) 等の問題がない
という長所がある。従って、本発明の方法によれば第2
露光工程が追加されるという煩わしさがあるが、通常の
露光工程と比べる時、比較的に単純な工程でありながら
もその効果は優れるということが分かる。
2マスクを使用し第2露光の際、数μm位のディフォー
カスを与えるのが望ましいが、これは第1マスクと第2
マスクの重なる縁のレジスト部分パターンの解像度を向
上させる。好ましくは前記ディフォーカスを0.5ない
し20μmにさせる。
2の所定のパターンの第2マスク内に格子パターン(x
またはy方向)あるいはチェスパターンを追加で挿入し
第2露光を遂行するのが望ましい。
マスク上にデザインされた格子パターン(図6Bおよび
図6C中の符号9)またはチェスパターン(図6D中の
符号10)を段差を有するフォトレジスト膜2(図6
A)の上部に配置したことを示す。
子の間の間隔dを段差によるフォトレジストの厚さの変
化により適切に調節し配置することによって、フォトレ
ジストの厚さの変化によるパターンサイズ変化量が最小
化できる。ここで、所定のパターンの第2マスクに挿入
する格子パターンやチェスパターンの大きさまたは間隔
は、解像度限界周辺領域またはそれ以下にするが、ディ
フォーカスにより示されない領域のパターンでデザイン
されるのが好ましい。また、前記格子パターン或いはチ
ェスパターンはフォトレジストの厚さの変化によりその
大きさや間隔を変換させ得るのが好ましい。
で区分されるが、軟質マスクは2.5μm以下の微細な
パターンが形成しにくいので、最近の半導体製造では硬
質マスクが主に使用される。硬質マスクは基板上に遮光
性の薄膜材料を蒸着、スパッターまたは化学気相蒸着に
より塗布して製造する。マスク基板の材料としてはソー
ダ石灰、ボロシリケート(borosilicate)あるいは石英等
が挙げられる。その中でも特に、石英の場合は材料コス
トは高いが、熱膨張係数が至極小さく、近紫外線や遠紫
外線の透過率が非常に高いという長所がある。従って、
本発明では石英をマスク基板の材料として使用するのが
好ましい。
てはシリコン、酸化鉄、クロムまたはクロム酸化物が挙
げられる。特に本発明ではクロムおよび酸化クロムの複
合材料を使用するのが良い。
板上にクロム/酸化クロムを被服した通常のマスク以外
にも、反射形のマスクまたは位相反転マスク等がある。
ストに露光部分と非露光部分間に溶解度の差を与えてパ
ターンが形成できる限り制限はない。使用できる光線に
は、例えば水銀ランプやXeランプ等から出るg−ライ
ン(line)(436nm)、i−ライン(365nm)、
h−ライン(405nm)およびブロードバンド遠紫外
線(240〜440nm)のみならずKrFエキシマレ
ーザー(248nm)、ArFエキシマレーザー(19
3nm)等がある。
1:1投射露光方式、X線露光方式等が例外なく使用さ
れ得る。
区分される。ネガ形の感光性材料は環化ゴム系樹脂とビ
スアジッド(bisazide)系化合物の混合物より構成されて
いるが、光照射部分が架橋剤(ビスアジッド系化合物)
により網目構造を形成して硬化され未照射部分は現像液
に溶解される。反面、ポジ形の感光性材料は一般的にキ
ノンジアジッド(diazide) 系の感光剤と、アルカリ可溶
性フェノール樹脂および有機溶剤より構成されている
が、この樹脂はそれ自体ではアルカリ不溶性であるが、
光照射によりアルカリ可溶性に変わる。ポジ形の感光性
材料がより高い解像度を有するので最近ではポジ形が広
く用いられている。
ジ形やネガ形のどちらを使用しても関係ないが、前述し
た通り解像度の高いポジ形を使用するのが望ましい。本
発明で使用できるポジ形の感光性材料にはノボラック形
レジスト組成物、化学増幅形レジスト組成物または側鎖
切断形レジスト組成物等がある。
説明するが本発明はこれにより限定されるものではな
い。
ノボラック形樹脂およびジアゾナフトキノンを含むフォ
トレジストをスピン塗布し1.2μmの厚さでフォトレ
ジスト膜を形成した。メタルパターンを有する所定の石
英マスクで紫外線g−ライン(436nm)に整列露光
を施した後、段差部分の厚いレジストの効果的な除去の
ために、連続して段差でメタルパターンと同じ方向へ9
〜10μm位の大きさを有するパターンのデザインされ
た第2マスクを介在し、第1露光エネルギーの約10%
位のエネルギーで前記一次露光されたレジストを第2露
光した。この際、第2マスクの焦点をディフォーカスで
約5μm移動させ露光した。後に塩基性のTMAH(te
tramethyl ammoniumhydroxide )の水溶液で湿式現像を
施しレジストパターンを形成した。形成されたレジスト
パターンを使用し被加工基板をエッチングし、残ったレ
ジストを取り除き所望のパターンを得た。
実施例1の場合と同一の方法によりフォトレジスト膜を
形成した。メタルパターンを有する所定の石英マスクで
紫外線g−ライン(436nm)に整列露光を施した
後、連続して段差部分の厚いレジストの効果的な除去の
ために、段差でメタルパターンと同じ方向へ9〜10μ
m位の大きさを有するパターンがデザインされ、その中
に0.1〜0.2μmの大きさの格子パターン(または
チェスパターン)を配列した第2マスクを介在し、第1
露光エネルギーの約10%位のエネルギーで前記一次露
光されたレジストを整列露光(第2露光)した。この
際、第2マスクの焦点をディフォーカスで約5μm移動
させ露光した。以後塩基性のTMAH水溶液で湿式現像
を施しレジストパターンを形成した。形成されたレジス
トパターンを使用し被加工基板をエッチングし、残った
レジストを取り除き所望のパターンを得た。
マスクと第2マスクのオーバラップされる縁部分のパタ
ーンラフニス(roughness )を向上させ、また格子パタ
ーン(或いはチェスパターン)の効果を向上させること
ができた。
ーン形成方法において、工程の流れによるパターン形成
の進行過程を示し、図8A−8Bは前記実施例1および
実施例2により得られるパターンの段差での形を示し
た。
明すれば、図7A−7Cに示した工程の場合のようにレ
ジストを先ず第1露光し(図7A)、第1露光されたレ
ジストの中で段差の上の部分のレジスト6は露光させず
段差の下の部分のレジスト7を第2露光し(図7B)、
二回露光されたレジスト8を得て露光後ベーク(PE
B;post exposure bake)および現像により段差部分で
のブリッジやスカムの全然ない円滑なレジストパターン
3が形成される(図7C)。
レジストパターン(図8B)を段差でのレジスト(図8
A)と対応して示したが、図面から本発明によれば不良
の発生しやすい段差の下の領域5を含んだ全領域できれ
いなパターンが形成されることが確認できた。
ターンを形成すれば、単層のレジストのみでも多層レジ
スト法で得られるような良好なプロファイルを有するレ
ジストパターンが得られるが、これはただ二つのマスク
パターンを使用し二回の露光を施すことにより簡単に得
られる。
なく(フォトレジスト自体の不良は含まず)工程も単純
であってスループット向上およびコスト節減の効果が得
られる。結局、段差の存在にもかかわらず微細なパター
ンが容易に形成できる。
限定されるものでなく却って請求範囲に記載された範疇
を逸脱しない範囲内で種々の変形が可能であることが理
解されるべきである。
ターン形成工程の流れ図である。
ーン形成工程の流れ図である。
ト法によるパターン形成の際段差でのレジストの厚さの
変化および現像後段差でのパターン形成を示す図面であ
る。
際層間構造を示す断面図である。
図である。
断面図である。図6Bおよび図6Cは、本発明で用いら
れる第2マスク上にデザインされた格子パターンを図6
Aのフォトレジスト膜の上部に配置した図面である。図
6Dは、本発明で使用される第2マスク上にデザインさ
れたチェスパターンを図6Aのフォトレジスト膜の上部
に配置した図面である。
方法において、工程の流れによるパターン形成の進行過
程を示す図面である。
ターン形成の際段差でのレジスト断面および現像後パタ
ーンの形を示す図面である。
ト膜、3…レジストパターン、 4…レジス
トパターンの残留部分、5…段差の下の領域、
6…段差の上の部分のレジスト、7…段差の上の
部分のレジスト、 8…二回露光されたレジスト、9
…格子パターン、 10…チェスパター
ン、11…下部フォトレジスト、 12…層間絶
縁膜、13…上部フォトレジスト、 d…段差
と平行に入る格子の間の間隔。
Claims (10)
- 【請求項1】 段差を有する被加工基板上にフォトレジ
スト膜を形成する段階と、 前記フォトレジスト膜を第1マスクを使用し第1次に露
光する段階と、 前記露光されたフォトレジスト膜の中で段差により相対
的に厚くなった部分を露光するためのパターンを有する
第2マスクを使用し第2次に露光する段階と、 得られる露光レジストを現像する段階を含んで成ること
を特徴とするパターンの形成方法。 - 【請求項2】 前記第2マスクのパターンが、フォトレ
ジストの厚さと段差の深さによりその大きさが調節でき
るようになったことを特徴とする請求項1記載のパター
ンの形成方法。 - 【請求項3】 前記フォトレジスト膜を第1マスクおよ
び第2マスクを使用し連続的に露光装置内で露光するこ
とを特徴とする請求項1記載のパターンの形成方法。 - 【請求項4】 前記第2露光の際の露光エネルギーが第
1露光の際の露光エネルギー量の5ないし20%である
ことを特徴とする請求項1記載のパターンの形成方法。 - 【請求項5】 前記第2マスクのパターンが段差部分に
沿い0.5ないし400μmの大きさを有することを特
徴とする請求項1記載のパターンの形成方法。 - 【請求項6】 前記第2マスクを使用し第2露光の際デ
ィフォーカスを与えることを特徴とする請求項1記載の
パターンの形成方法。 - 【請求項7】 前記ディフォーカスが0.5ないし20
μmであることを特徴とする請求項6記載のパターンの
形成方法。 - 【請求項8】 前記第2マスクが格子パターンまたはチ
ェスパターンであることを特徴とする請求項1ないし7
項の中いずれか一項記載のパターンの形成方法。 - 【請求項9】 前記格子パターンまたはチェスパターン
は、フォトレジストの厚さの変化によりその大きさまた
は間隔を変化させ得ることであることを特徴とする請求
項8記載のパターンの形成方法。 - 【請求項10】 前記格子パターンまたはチェスパター
ンの大きさまたは間隔は解像度の限界以下であり、ディ
フォーカスにより現れない領域のパターンでデザインさ
れることを特徴とする請求項8記載のパターンの形成方
法。
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EP (1) | EP0601887B1 (ja) |
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KR (1) | KR950008384B1 (ja) |
CN (1) | CN1066829C (ja) |
DE (1) | DE69303585T2 (ja) |
TW (1) | TW234768B (ja) |
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