JPH07183199A

JPH07183199A - パターン形成方法及び露光装置並びにパターン形成装置

Info

Publication number: JPH07183199A
Application number: JP5344733A
Authority: JP
Inventors: Hiroaki Oiizumi; 博昭老泉
Original assignee: Soltec Co Ltd
Current assignee: Soltec Co Ltd
Priority date: 1993-12-21
Filing date: 1993-12-21
Publication date: 1995-07-21

Abstract

(57)【要約】（修正有）【目的】メタルハニカム体の構成部材である高価な耐
熱性鋼板（帯材、箔材）の使用量を低下してコストパフ
ォーマンスを向上させるとともに、優れた特性のメタル
ハニカム体を製造する方法を提供する。【構成】薄肉金属板製でかつ所望幅の平板状帯材２と
波板状帯材２とを交互に重積させて排気ガス浄化用の触
媒を担持させるためのメタルハニカム体Ｈを製造する方
法において、（ｉ）前記平板状帯材と波板状帯材の一方の帯材が、他
の帯材の所望幅（ｗ）より狭幅の二以上の複数本のスト
リップ材１１，１２，……１ｎで構成されるとともに、（ｉｉ）前記ストリップ材が所望の間隔（ｄ）をもって
配設されること、を特徴とするメタルハニカム体の製造方法。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明は、ＵＬＳＩ、半導体素
子、量子効果素子、マイクロロボット用部品等の製造を
行うリソグラフィやマイクロメカニクス等の分野におい
て、その製造用に利用又は実施されるパターン形成方法
及び露光装置並びにパターン形成装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】図３乃至図５は、感光性材料たるレジス
トに対してパターン形成を行うリソグラフィ工程を示し
ている。図３（ａ）、図４（ａ）及び図５（ａ）に示す
ように、ｉ線、deep-ＵＶ（遠紫外線）、波長約０.７ｎ
ｍのＸ線や波長１３ｎｍのＸ線等の光源を有する露光装
置により、所望のマスク２１１を介して、基板１００に
付着しているレジスト１０１に所定のパターンを焼き付
け、潜像１０２を形成する。該潜像１０２形成後、必要
ならば熱を印加する処理（露光後ベーク）を行って、所
定の現像液で現像を行い、図３（ｂ）、図４（ｂ）及び
図５（ｂ）のようなレジストパターン１０５を得る。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】化学増幅系レジスト
は、感度、解像度共に優れるレジストとして種々のリソ
グラフィで用いられるが、波長１３ｎｍのＸ線縮小露光
やdeep-ＵＶ露光で実施される化学増幅系レジストのパ
ターン形成では、露光々の吸収が大きいため、図３
（ｂ）及び図４（ｂ）に示すように、アスペクト比の大
きなパターンで良好な形状のものを得るのは困難であ
り、レジストの膜厚を薄くする必要があった。このため
多層レジスト工程を採用しなければならず、ＬＳＩ等の
製造工程数が増加し、製造コストが高くなる問題があっ
た。また高感度の化学増幅系ポジレジストのパターン形
成では、大気中のアンモニアやアミン等の不純物の影響
により、図５（ｂ）に示すように、表面難溶化層１０５
ａが生じてパターン形状が劣化し、リソグラフィ工程の
歩留まりが低下する等の問題があった。

【０００４】本発明は従来技術の以上のような問題に鑑
み創案されたもので、現像後アスペクト比が大きくても
良好な形状のパターンが得られることによって、単層リ
ソグラフィ工程が適用可能になるパターン形成方法及び
露光装置並びにパターン形成装置につき提案せんとする
ものである。

【０００５】

【課題を解決するための手段】本発明の創案に当たり最
初に上記パターンの形状悪化の原因解明がなされた。そ
れによると１３ｎｍのＸ線縮小露光やdeep-ＵＶ露光で
の化学増幅系レジストのパターン形成では、上述のよう
に露光々の吸収が大きいため、エネルギーを多く吸収す
るレジストの露光部の表面近傍に多量の酸が生成し、表
面から深くなると酸の濃度が低下する［図３（ａ）及び
図４（ａ）の潜像１０２の部分参照］。化学増幅系レジ
ストの現像液に対する溶解性は酸触媒反応量に左右され
るため、酸の濃度に著しく依存する。即ちレジストの深
さ方向において現像液に対する溶解性が著しく異なる状
況で現像を行うと、ネガ型レジストの場合図３（ｂ）に
示すように逆台形形状、ポジ型レジストの場合図４
（ｂ）に示すように三角形状になる。また高感度な化学
増幅系ポジ型レジストのパターン形成では、大気中のア
ンモニアやアミン等の不純物により、図５（ａ）に示す
ように表面近傍の酸が中和され失活して所定の酸触媒反
応が起こらず、現像後同図（ｂ）に示すような表面難溶
化層１０５ａを生ずる（このようなパターンは一般にＴ
トップ構造と呼ばれる）。

【０００６】従って上記の問題の解決に当たっては、露
光部に生じた深さ方向の酸の著しい濃度分布不均一や酸
失活部の発生を防止しなければならない。本発明者等は
鋭意研鑽の結果、同方向に電界をかけることが上記問題
の解決に有効であることを突き止め、本発明の創案に到
った。

【０００７】即ち本発明は、少なくとも基板に感光性材
料を付着させる工程と、該感光性材料にエネルギー線に
より所望のパターンの潜像を形成する工程と、該感光性
材料の潜像からパターンを現像する工程から成るパター
ン形成方法において、感光性材料の膜厚方向に電界をか
ける工程を含むことを基本的特徴としている。

【０００８】また第２発明は、上記発明の潜像形成工程
と現像工程との間に、基板に熱を印加する工程を加えた
ものである。

【０００９】上記感光性材料の膜厚方向に電界をかける
工程は、潜像形成工程と同時に行っても良いし、該潜像
形成工程と現像工程との間で実施しても良い。また上記
方法は感光性材料が化学増幅系レジストの場合に特に有
効である。更にその潜像形成工程で用いられるエネルギ
ー線として、少なくとも可視光線、紫外線、真空紫外
線、軟Ｘ線、電子線、イオン線のうち何れか１つが用い
られる場合にその効果を発揮する。

【００１０】更に第３発明は上記のパターン形成方法の
実施に用いられる露光装置の提案に係り、その構成の特
徴は、少なくともエネルギー線源と、感光性材料の付着
した基板を装着するステージとを有しており、エネルギ
ー線により該感光性材料に所望のパターンの潜像を形成
する露光装置において、感光性材料の膜厚方向に電界を
かける手段を該ステージに備えたことにある。同構成に
よれば、潜像を形成している間に（或いは同時に）感光
性材料の膜厚方向に電界をかけることも可能である。こ
のような露光装置の構成は、少なくとも水銀ランプ、Ｋ
ｒＦエキシマレーザ、ＡｒＦエキシマレーザ、Ｆ₂レー
ザ、シンクロトロン放射光源、自由電子レーザ、レーザ
プラズマＸ線源のうち何れか１つを上記エネルギー線源
として用いる場合にも有効である。

【００１１】第４発明は同じく上記のパターン形成方法
の実施に用いられるパターン形成装置の提案に係り、そ
の構成の特徴は、エネルギー線源からのエネルギー線に
より、ステージに装着された基板上の該感光性材料に所
望のパターンの潜像を形成する露光装置と、潜像の形成
された基板に熱を印加する熱処理装置と、該潜像からパ
ターンを現像する現像装置とを有し、且つ前記感光性材
料の膜厚方向に電界をかける手段を該熱処理装置に備え
たことにある。該構成によれば、潜像形成工程と現像工
程との間で、感光性材料の膜厚方向に電界をかけること
も可能になる。

【００１２】

【作用】上記潜像形成時に露光々の吸収により感光性材
料に電荷を有する酸を生じ、これがその深さ方向に不均
一な濃度分布になった場合、或いは大気中の不純物等の
影響によって表面に難溶化層が生じ易くなった場合、感
光性材料の深さ方向に電界をかけることにより電荷を有
する酸を深さ方向に（電界をかける向きにより内側方向
に向けて或いは外側方向に向けて）移動させ、解像性を
低下させる横方向の拡散（酸の拡散は通常等方的に起こ
る）を抑制しながら酸触媒反応量をその深さ方向に一様
にすることができるようになり、或いは大気中の不純物
の影響を受けた表面側についても酸触媒反応を進行させ
ることができるようになる。従って、その深さ方向の酸
の濃度分布の著しい不均一が緩和され、或いは表面難溶
化層の発生が抑止されて、酸触媒反応量を該深さ方向に
対して均一にすることが可能となる。そのため厚膜の
（換言すればアスペクト比の大きい）感光性材料でも良
好な形状のパターンが得られるようになる。

【００１３】

【実施例】本発明者は次に示す２つの実験を行って、上
記本発明の構成が、露光部に生じた深さ方向の酸の著し
い濃度分布不均一や酸失活部の発生に対し、それを防ぐ
のに有効であることを見出した。

【００１４】（実施例１）図１のパターン形成工程に示
すように、基板となるシリコンウェハ１００に化学増幅
系ネガ型レジスト１０１（ヘキスト社製の商品名ＡＺ−
ＰＮ１００）を１μｍの厚さに塗布する［同図（ａ）参
照］。シンクロトロン放射光を光源とする縮小投影露光
装置（図示せず）により反射型マスク（図示せず）及び
光学系（図示せず）を介して、同図（ｂ）に示すよう
に、レジスト１０１に所定のパターンを１／４に縮小投
影して焼き付け、潜像１０２を形成する。この時の露光
条件を以下に示す。まず反射型マスク及び反射型光学系
には波長１３ｎｍのＸ線が直入射近傍で効率良く反射す
るようなＭｏ／Ｓｉ多層膜が形成されており、また長波
長光を除去するため、光軸上のマスクの上流側に１μｍ
厚のＢｅフィルタが配置してある。そのためレジスト表
面に到達する光は波長１３ｎｍ近傍のＸ線１０３となっ
た。更にその露光量は１０ｍＪ／ｃｍ²とした。一方上
記反射型マスク上には幅寸法４μｍ、３μｍ、２μｍ、
１.６μｍ、１.２μｍ、１μｍ及び０.８μｍのライン
＆スペースパターンが形成されており、上記縮小投影露
光によりレジスト１０１には１／４に縮小投影された幅
寸法１μｍ、０.７５μｍ、０.５μｍ、０.４μｍ、０.
３μｍ、０.２５μｍ及び０.２μｍのライン＆スペース
パターンの潜像１０２が形成されることとなった。

【００１５】潜像形成後、露光後ベーク（基板に熱を印
加する処理）によりウェハ１００を１１０℃の温度に調
整しながら、同時にレジスト１０１深さ方向に電界１０
４を２分間印加した。この時図１（ｃ）に示すように、
電界の方向はウェハ１００側を負とし、−２０Ｖの電圧
をかけた。これは用いたレジストが化学増幅系レジスト
であったため、露光を行った時に該露光部表面側に正の
電荷を有する酸を発生しているからである。

【００１６】その後ＡＺ３１２（商品名、ヘキスト社
製）と超純水とを１：２の割合で混合して調整した現像
液で１分間現像を行い、更に１分間超純水でリンス処理
を行い、図１（ｄ）に示すように、厚さ１μｍ且つ幅寸
法が夫々１μｍ、０.７５μｍ、０.５μｍ、０.４μ
ｍ、０.３μｍ、０.２５μｍ及び０.２μｍのライン＆
スペースパターン１０５が形成された。

【００１７】一方同様な化学増幅系ネガ型レジストを塗
布したシリコンウェハに対し、電界印加を行わない以外
は上記の実施例条件と全く同じ条件で、露光、露光後ベ
ーク、現像・リンス処理を行い、同膜厚で幅寸法が夫々
１μｍ、０.７５μｍ、０.５μｍ、０.４μｍ、０.３μ
ｍ、０.２５μｍ及び０.２μｍのライン＆スペースパタ
ーンの形成を試みた。下記表１はその時に得られた上記
本発明例と従来例の場合の各種幅寸法におけるパターン
形成比較結果を示している。

【００１８】

【表１】注）○：パターン形成良 △：パターン倒れ ×：パターン形成不可

【００１９】上記表１に示すように、本発明例の場合は
いずれも良好な形状のライン＆スペースパターン（いず
れも膜厚１μｍ）が形成できた。しかし電界の印加を行
わなかった従来例の場合は、幅寸法１μｍと０.７５μ
ｍのパターンについては形成できたが、幅寸法０.５μ
ｍと０.４μｍのパターンは著しい逆台形構造［図３
（ｂ）のパターン１０５参照］となり、パターン倒れが
発生した。更に幅寸法０.３μｍ、０.２５μｍ及び０.
２μｍの場合のライン＆スペースパターンは形成できな
かった。

【００２０】その後本発明例では、厚さ１μｍのこれら
のレジストパターンをマスクにして、下地基板であるシ
リコンウェハ１００をＳＦ₆ガスのドライエッチングに
より厚さ１.５μｍ程加工した。この際厚さ１μｍの良
好な形状のレジストパターンをマスクにしているので、
精度寸法の良いシリコンウェハ１００が加工できた。こ
れに対し従来例により形成される幅寸法０.５μｍ、０.
４μｍ、０.３μｍ、０.２５μｍ及び０.２μｍのライ
ン＆スペースパターンで良好な形状のものを得ようとす
ればレジスト膜厚を０.２μｍにする必要があり、シリ
コンウェハ１００をＳＦ₆ガスのドライエッチングで厚
さ１.５μｍ程加工する場合マスクとなるレジストの膜
厚は０.８μｍ以上必要であるため、多層レジスト構造
にしなければならず、工程数増大の問題を生ずることに
なる。

【００２１】尚本発明例ではレジストの深さ方向に電界
を印加する工程を露光後ベークと同時に行ったが、該工
程を露光中に行ったり、露光後ベークの前に行ったり、
或いは露光後ベークの前及び露光後ベーク中に行うよう
にしても良く、いずれも本発明例の場合と同様な効果が
得られることになる。電界の印加時間及びその時の電圧
については、電界を印加する工程の順番や、パターンを
形成するレジストの膜厚、形成するパターンの種類、露
光量等に応じて適宜変更すれば良い。また電界のかけ方
も本実施例では一様に直流でかける方法を用いている
が、間欠的にかけたり、交流でかけたり、或いはこれら
を併用してかけても良い。更に本実施例ではシンクロト
ロン放射光を光源とする波長１３ｎｍ近傍のＸ線の縮小
投影露光の場合を示したが、シンクロトロン放射光を光
源とする他の露光波長の場合や、水銀ランプ、ＫｒＦエ
キシマレーザ、ＡｒＦエキシマレーザ、Ｆ₂レーザ、自
由電子レーザ、レーザプラズマＸ線源等の光源を有する
露光装置を用いた化学増幅系レジストのパターン形成の
場合にも同様な効果が得られることは言うまでもない。

【００２２】（実施例２）図２のパターン形成方法に示
すように、厚さが２μｍのＳｉＯ₂薄膜２００が形成さ
れたシリコンウェハ１００に化学増幅系ポジ型レジスト
２０１を１μｍの厚さに塗布する［同図（ａ）参照］。
このレジストは、ベースレジンにポリ（ｐ−ｔ−ブトキ
シカルボニルオキシスチレン）と、酸発生剤としてオニ
ウム塩を含む二成分系レジストである。そしてシンクロ
トロン放射光を光源とする露光装置（図示せず）によ
り、同図（ｂ）に示すように、透過型マスク２１１及び
光学系（図示せず）を介してレジスト２０１に所定のパ
ターンを１：１に焼き付け、潜像２０２を形成する。こ
の時の露光条件を以下に示す。まず透過型マスク２１１
は、２μｍ厚のＳｉＮメンブレン２１２と０.８μｍ厚
のＴａの吸収体パターン２１３からなる。また光学系
は、斜入射角度１.３度で放射光が入射するように設計
されたＰｔ反射鏡と４０μｍ厚のＢｅ窓と２μｍ厚のＳ
ｉＣ窓からなる。更に露光雰囲気は大気中であり、ここ
で大気中のアンモニア誘導体の濃度は空気１リットル当
たり３０ｎｇであった。その結果レジスト表面に到達す
る光は波長０.７ｎｍ近傍のＸ線２１４となった。その
露光量は５０ｍＪ／ｃｍ²であった。一方上記透過型マ
スク２１１上には直径１μｍ、０.７５μｍ、０.５μ
ｍ、０.４μｍ、０.３μｍ、０.２５μｍ及び０.２μｍ
のホールパターンが形成されており、従って上記レジス
ト２０１には同寸法のホールパターンの潜像２０２が形
成されることとなった。

【００２３】潜像形成後、図２（ｃ）に示すように、レ
ジスト２０１の深さ方向に電界２０３を２分間印加す
る。更にシリコンウェハ１００の温度が６５℃になるよ
うに調整する露光後ベーク処理と同時に、電界２０３を
２分間印加した。この時同図に示すように、電界の方向
はウェハ１００側を正とし、２０Ｖの電圧をかけた。こ
れは用いたレジストが高感度な化学増幅系ポジ型レジス
トであったため、露光を行った時に該露光部表面側に正
の電荷を有する酸が発生するにも拘らず、大気中のアン
モニア等の不純物により、表面近傍の酸が失活して表面
難溶化層を生じており、この酸失活部をその内側から強
制的になくそうとするためである。また試料基板に電界
及び熱を印加する際の大気雰囲気中のアンモニア誘導体
の濃度を、検出限界以下（空気１リットル当たり１ｎｇ
以下）にするように、電界及び熱を印加する装置内部を
一般大気から遮断・隔離してある。

【００２４】その後ＡＺ３１２（商品名、ヘキスト社
製）と超純水とを１：２の割合で混合して調整した現像
液で１分間現像を行い、更に１分間超純水でリンス処理
を行い、図２（ｄ）に示すように、厚さ１μｍ且つ直径
１μｍ、０.７５μｍ、０.５μｍ、０.４μｍ、０.３μ
ｍ、０.２５μｍ及び０.２μｍのホールパターン２０４
が形成された。

【００２５】一方同様な化学増幅系ポジ型レジストを塗
布したシリコンウェハ（ＳｉＯ₂薄膜が２μｍ厚が形成
されている）に対し、電界印加を行わない以外は上記の
実施例条件と全く同じ条件で、露光、露光後ベーク、現
像・リンス処理を行い、上記と同膜厚で各直径が１μ
ｍ、０.７５μｍ、０.５μｍ、０.４μｍ、０.３μｍ、
０.２５μｍ及び０.２μｍのホールパターンの形成を試
みた。下記表２はその時に得られた上記本発明例と従来
例の場合の各ホール直径におけるパターン形成比較結果
を示している。

【００２６】

【表２】注）○：ホールパターン形成良 △：ホールパターン不良（Ｔトップ構造） ×：ホールパターン形成不可（開口せず）

【００２７】上記表２に示すように、本発明例の場合は
いずれも良好な形状のホールパターン（いずれも膜厚１
μｍ）が形成できた。しかし電界の印加を行わなかった
従来例の場合は、いずれも表面難溶化層が発生した。そ
のうち直径１μｍと０.７５μｍのホールパターンは図
５（ｂ）に示すようなＴトップ構造となり、辛うじてホ
ールパターンが開口できたが、直径０.５μｍ、０.４μ
ｍ、０.３μｍ、０.２５μｍ及び０.２μｍの場合のホ
ールパターンは開口せず、形成できなかった。

【００２８】その後本発明例では、厚さ１μｍのこれら
のレジストパターンをマスクにして、下地基板であるシ
リコンウェハ１００をＣＨＦ₃ガスのドライエッチング
により厚さ２.０μｍ程加工した。この際厚さ１μｍの
良好な形状のレジストパターンをマスクにしているの
で、精度寸法の良いＳｉＯ₂膜を加工できた。これに対
し従来例の場合は、上述のように形成されたホールパタ
ーンがＴトップ構造であったり、または開口できなかっ
たため、ホールパターン形成工程の歩留まりが低下する
問題が発生した。

【００２９】

【発明の効果】以上詳述した本発明の構成によれば、感
光性材料の深さ方向における酸の濃度分布不均一を緩和
して、或いは表面難溶化層の発生が抑止されて、酸触媒
反応量を該深さ方向に対して均一にすることが可能とな
る。そのためアスペクト比の大きな感光性材料でも良好
な形状のパターンが得られるようになり、単層リソグラ
フィ工程も適用可能になる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本願第１実施例に係るパターン形成工程を示す
工程説明図である。

【図２】本願第２実施例に係るパターン形成工程を示す
工程説明図である。

【図３】化学増幅系ネガ型レジストを用い、露光光源に
ｉ線、deep-ＵＶ、波長13ｎｍのＸ線等を用いて所望の
レジストパターンを得る従来のパターン形成工程を示す
工程説明図である。

【図４】化学増幅系ポジ型レジストを用い、露光光源に
ｉ線、deep-ＵＶ、波長13ｎｍのＸ線等を用いて所望の
レジストパターンを得る従来のパターン形成工程を示す
工程説明図である。

【図５】高感度な化学増幅系ポジ型レジストを用い、露
光光源に波長約0.7ｎｍのＸ線を用いて所望のレジスト
パターンを得る従来のパターン形成工程を示す工程説明
図である。

【符号の説明】

１００シリコンウェハ１０１化学増幅系ネガ型レジスト２０１化学増幅系ポジ型レジスト１０２、２０２潜像１０５レジストパターン２０４ホールパターン

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】少なくとも基板に感光性材料を付着させ
る工程と、該感光性材料にエネルギー線により所望のパ
ターンの潜像を形成する工程と、該感光性材料の潜像か
らパターンを現像する工程から成るパターン形成方法に
おいて、感光性材料の膜厚方向に電界をかける工程を含
むことを特徴とするパターン形成方法。
【請求項２】少なくとも基板に感光性材料を付着させ
る工程と、該感光性材料にエネルギー線により所望のパ
ターンの潜像を形成する工程と、該基板に熱を加える工
程と、該感光性材料の潜像からパターンを現像する工程
から成るパターン形成方法において、感光性材料の膜厚
方向に電界をかける工程を含むことを特徴とするパター
ン形成方法。
【請求項３】請求項第１項乃至第２項記載のパターン
形成方法において、潜像形成工程と感光性材料への電界
印加工程とを同時に行うことを特徴とする請求項第１項
乃至第２項記載のパターン形成方法。
【請求項４】請求項第１項乃至第２項記載のパターン
形成方法において、潜像形成工程とパターン現像工程と
の間に、感光性材料への電界印加工程を実施することを
特徴とする請求項第１項乃至第２項記載のパターン形成
方法。
【請求項５】請求項第１項乃至第４項記載のパターン
形成方法において、前記感光性材料が化学増幅系レジス
トであることを特徴とする請求項第１項乃至第４項記載
のパターン形成方法。
【請求項６】請求項第１項乃至第５項記載のパターン
形成方法において、前記エネルギー線が可視光線、紫外
線、真空紫外線、軟Ｘ線、電子線、イオン線のうち少な
くとも何れか１つであることを特徴とする請求項第１項
乃至第５項記載のパターン形成方法。
【請求項７】少なくともエネルギー線源と、感光性材
料の付着した基板を装着するステージとを有しており、
エネルギー線により該感光性材料に所望のパターンの潜
像を形成する露光装置において、感光性材料の膜厚方向
に電界をかける手段を該ステージに備えることを特徴と
する露光装置。
【請求項８】請求項第７項記載の露光装置において、
前記エネルギー線源が水銀ランプ、ＫｒＦエキシマレー
ザ、ＡｒＦエキシマレーザ、Ｆ₂レーザ、シンクロトロ
ン放射光源、自由電子レーザ、レーザプラズマＸ線源の
うち少なくとも何れか１つであることを特徴とする請求
項第７項記載の露光装置。
【請求項９】エネルギー線源からのエネルギー線によ
り、ステージに装着された基板上の該感光性材料に所望
のパターンの潜像を形成する露光装置と、潜像の形成さ
れた基板に熱を印加する熱処理装置と、該潜像からパタ
ーンを現像する現像装置とを有するパターン形成装置に
おいて、感光性材料の膜厚方向に電界をかける手段を該
熱処理装置に備えることを特徴とするパターン形成装
置。