JPH10198048A

JPH10198048A - パターン形成方法

Info

Publication number: JPH10198048A
Application number: JP9004047A
Authority: JP
Inventors: Isao Sato; 功佐藤
Original assignee: Oki Electric Industry Co Ltd
Current assignee: Oki Electric Industry Co Ltd
Priority date: 1997-01-13
Filing date: 1997-01-13
Publication date: 1998-07-31

Abstract

(57)【要約】【課題】パターン端部に形状悪化を生じることなく、
かつ近接効果の影響を回避できるようなパターンを容易
に形成する方法を提供すること。【解決手段】化学増幅型ポジレジスト１３からなるレ
ジスト層を露光してレジスト層の露光領域中に酸を発生
させ、その後熱処理により酸を触媒としたレジスト反応
を起こして露光領域にパターンの潜像２１を形成し、然
る後レジスト層を現像して潜像の領域を除去することに
よりレジスト層のパターン２５を形成するにあたり、露
光後から熱処理前までの間に、露光済みのレジスト層を
塩基性雰囲気中１７に一定時間放置する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】この発明は、半導体装置の製
造に用いられるパターン形成方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】近年、半導体装置の微細化が進み、その
微細加工技術において、パターンの形成方法が重要視さ
れている。

【０００３】例えばメモリセルでは、より微細な長方形
の短冊状パターンが半導体メモリ記憶ノード用パターン
として用いられてきているが、微小なパターンで所望の
記憶容量を保持するために、種々の記憶ノードパターン
の表面積拡張法が検討されている。この拡張法のひとつ
として、文献： A.Starikov,SPIE Vol.1088 p.34(1989)
に記載されているものがある。これは、図１６を参照し
て説明すると、長方形の短冊状パターン１１０（図１６
（Ａ））の４隅に補助パターン１２０を付加することに
よって（図１６（Ｂ））、短冊状パターン１１０の端部
の光学的な後退を補正するようにしている。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】ところが、補助パター
ンを付加することにより端部の後退は軽減されるが、パ
ターン同士の間隔は狭く、非常に近接しているため、回
折によりパターン端部は丸みを帯びてしまうといった形
状悪化が生じたり、近接効果によりパターンが変形した
りする。図１７は、補助パターンを付加した場合（図１
７（Ｂ））としない場合（図１７（Ａ））におけるウェ
ハ上での光強度分布図で、補助パターンを付与すること
によって、パターンの上下方向の強度が大きくなってい
るが、上述したような回折による影響を受けることもわ
かる。

【０００５】また、補助パターンを付加することによっ
てマスクのデータ数が増すと共に微小マスクパターンが
必要とされるため、マスク製作が困難になるという問題
があった。

【０００６】よって、パターン端部に形状悪化が生じる
ことなく、かつ近接効果の影響を回避できるようなパタ
ーンを容易に形成できる方法の出現が望まれていた。

【０００７】

【課題を解決するための手段】このため、この発明で
は、化学増幅型ポジレジストからなるレジスト層を露光
してこのレジスト層の露光領域中に酸を発生させ、その
後熱処理により酸を触媒としたレジスト反応を起こして
露光領域にパターンの潜像を形成し、然る後、レジスト
層を現像して潜像の領域を除去することにより、レジス
ト層のパターンを形成するにあたり、露光後から熱処理
前までの間に、露光済みのレジスト層を塩基性雰囲気中
に一定時間放置することを特徴とする。

【０００８】露光を行ったレジスト層を塩基性雰囲気中
に放置させると、レジスト中に発生した酸が塩基性物質
によって失活するため、実際にレジスト反応を触媒する
酸の酸濃度を減少させることができる。

【０００９】また、上記塩基性雰囲気は、アンモニア等
のアミン含有雰囲気にして好適である。

【００１０】これにより、化学増幅型ポジレジストの露
光によって発生する酸はアミン等の塩基性物質により不
活性化して、実際にレジスト反応に寄与する酸濃度は減
少して、露光されたレジスト表面には部分的に表面難溶
化層が形成されるため、その後の熱処理（ベーク）によ
るレジスト反応によって可溶化する部分の面積を露光さ
れた領域の面積よりも小さくすることができる。このた
め、現像により除去されるべき潜像の領域の面積を小さ
くすることができ、結果としてレジストの残存部分から
なるレジストパターンの寸法を大きくすることができ
る。

【００１１】また、レジスト層に形成すべきパターン
を、複数の分解されたパターンに分け、分解されたパタ
ーンの潜像を順次レジスト層中に位置を合わせ、重ねて
形成するにあたり、上記のレジスト層を露光して、塩基
性雰囲気中に一定時間放置し、然る後熱処理を行う工程
を、分解されたパターンの各々について、塩基性雰囲気
中に放置する時間を変えて行うことを特徴とする。

【００１２】レジストパターンの仕上がり寸法は、塩基
性雰囲気中に放置する時間に依存するため、各パターン
の潜像の形成ごとに、塩基性雰囲気中への放置時間を設
定することにより、各パターンの寸法を制御することが
でき、その結果、各パターンを重ねてできる全体のレジ
ストパターンの寸法を思いどおりの寸法に仕上げること
ができる。また、露光光による解像限界を超えるような
微細なパターン寸法を所望とする場合においても、露光
済みのレジスト層の塩基性雰囲気中への放置時間によっ
て、露光光の解像限界となる領域よりも狭い領域に潜像
を形成することが可能となる。

【００１３】また、化学増幅型ポジレジストからなるレ
ジスト層を露光して、レジスト層の露光領域中に酸を発
生させ、その後熱処理により酸を触媒としたレジスト反
応を起こして露光領域にパターンの潜像を形成し、然る
後、レジスト層を現像して潜像の領域を除去することに
よりレジスト層のパターンを形成するにあたり、基板上
面に島状の窒化膜を形成する工程と、この窒化膜を含む
基板上面の全面にわたりレジスト層を形成する工程と、
このレジスト層に対して露光およびこれに続く熱処理を
行ってレジスト層にマスクパターンの潜像を、潜像と窒
化膜とが部分的に重畳するように形成する工程とを含む
ことを特徴とする。

【００１４】レジスト層の下に窒化膜を設けてあるた
め、露光のときにレジスト層中に発生する酸は、窒化膜
の設けてある領域でトラップされて、窒化膜とレジスト
層との界面付近上のレジスト反応を触媒する酸の一部を
不活性化することができる。このため、現像により除去
されるべき窒化膜とレジスト層との界面付近のレジスト
層は部分的に難溶となり、現像した結果いわゆる裾引き
現象が生じる。従来レジストパターンの端部は露光光の
回折による影響を受けて後退してしまい、現像後のパタ
ーン寸法は所望の寸法よりも小さくなってしまっていた
のであるが、この裾引き現象を生じさせることにより、
レジスト層の残存部分からなるレジストパターンの端部
は予定の寸法以上の大きさに形成することができ、回折
の影響を受けたとしても現像後のパターン寸法は所望の
寸法に近いものが得られる。

【００１５】また、この発明では、化学増幅型レジスト
からなるレジスト層にマスクパターンを露光してこのマ
スクパターンの潜像を形成した後、このレジスト層を現
像してレジスト層をパターニングするにあたり、レジス
ト層が形成された基板を段階的に移動させ、かつ各段階
での基板の移動位置毎に露光機の投影レンズの開口数
（ＮＡ）を変化させながら、レジスト層の、基板の移動
方向に沿った順次の移動位置に対し順次に露光を行っ
て、複数の連続する潜像からなる１つの集合潜像パター
ンを形成する露光工程を含むことを特徴とする。

【００１６】１つのレジストパターンの潜像を複数の連
続する潜像からなる集合潜像とし、各潜像を形成すると
きの露光条件、特に露光機の投影レンズの開口数（Ｎ
Ａ）を随時変えている。現像後のレジストパターンの寸
法は、このＮＡに依存して変化させることができる。こ
のため、複数の連続する潜像の各々の潜像を所望の寸法
で形成できるため、最終的な潜像パターン（上記集合潜
像パターン）を１回の露光およびそれに続く現像処理で
形成させたときに生じていた、パターン形状の悪化（部
分的な光学的後退や、膨らみ）を回避することができ
る。

【００１７】また、レジスト層を化学増幅型レジストで
形成した場合、露光は、塩基性不純物をレジスト層から
遮断した環境内で行うとよい。この遮断は、レジスト層
上に表面保護膜を設けることによって達成される。

【００１８】これにより、露光によってレジスト層中に
発生した酸は塩基性不純物の影響を受けず、失活するこ
とはなくなるため、露光後にレジスト層を放置すること
により連鎖的にレジスト層と反応して、この放置時間に
応じて反応量を変化させることができる。また、レジス
ト層として、ネガレジスト層を用いた場合、レジスト層
が露光のときに回折の影響を受け、レジストパターンに
光学的な後退を生じる恐れのある箇所を露光する段階で
は、ＮＡを小さくして露光を行う。すると、過剰の露光
光によりパターン境界付近がぼやけて、予定のパターン
寸法よりも大きめに形成される。これにより後退を生じ
ても、現像後のパターン寸法としてはちょうどよい寸法
で仕上げることができる。また、レジストパターンが近
接効果により膨らみを生じる可能性のある箇所を露光す
る段階では、ＮＡを大きくして露光を行うと、現像後の
レジストパターンを所望のパターン寸法で仕上げること
ができる。

【００１９】また、この発明のパターン形成方法では、
基板上面に反射防止膜からなる反射防止パターンを形成
する工程と、この反射防止パターンを埋め込むように、
基板上面にレジスト層を設ける工程と、レジスト層から
なるレジストパターンをこのレジストパターンの一部が
反射防止パターン上に位置するように形成する工程とを
含んでいることを特徴とする。

【００２０】これにより、反射防止パターン上のレジス
ト層の部分は、露光のときに反射光による影響を受けな
いため、所望のパターン寸法どおりのレジストパターン
を形成することができる。上記のレジスト層としてネガ
レジスト層を用いる場合、反射防止パターン上に位置す
るレジストパターンの一部は、近接効果による膨らみを
生じる可能性のある箇所とする。

【００２１】この結果、反射防止パターン上にあるレジ
スト層の部分は、反射光によって露光され過ぎることが
なくなるため、膨らみを少なくすることができる。

【００２２】また、レジスト層としてポジレジストを用
いる場合、反射防止パターン上に位置するレジストパタ
ーンの一部は、回折の影響を受けて後退する恐れのある
箇所とする。

【００２３】この結果、反射防止パターン上のレジスト
層部分は、反射光によって露光され過ぎることがなくな
るため、後退を減少させることができる。

【００２４】

【発明の実施の形態】以下、図を参照して、この発明の
パターン形成方法の実施の形態につき説明する。なお、
各図はこの発明が理解できる程度に各構成成分の形状、
大きさおよび配置関係を概略的に示しているに過ぎな
い。また、以下の説明において、特定の材料、および条
件を用いるが、これらの材料および条件は好適な実施の
形態の例に過ぎず、したがってこの発明ではなんらこれ
に限定されるものではない。

【００２５】また、構造体の断面を示すハッチング（斜
線）は、説明を分かりやすくするため、一部を省略して
ある。また、平面図における斜線は断面を表しているの
ではなく、領域を強調して示すために用いている。

【００２６】＜第１の実施の形態＞第１の実施の形態と
して、単純なパターン形状、例えばラインおよびスペー
ス（以下Ｌ／Ｓと称する）のような形状を有する複数の
マスクを用意して、各々のマスクを用いて順次に、位置
合わせをして露光し、各マスクによって得られたパター
ンを重ね合わせることにより所望の形状のレジストパタ
ーンを形成する方法で、特に、レジストに化学増幅型レ
ジストを用い、パターンの形状に応じて露光後の構造体
を、塩基性雰囲気中に任意の時間放置することによっ
て、より微細なパターン形成を可能にするという方法に
ついて説明する。

【００２７】ここでは、例えば、Ｌ／Ｓパターンを２回
に分けてウェハ上で直交させて露光して長方形の短冊状
パターンを得ることにする。

【００２８】図１はこの発明の特徴となる工程を概略的
に表した断面図である。

【００２９】まず、基板１１上に化学増幅型ポジレジス
ト（例えば和光純薬社製ポジレジストＷＫＲ−ＰＴ−２
（商品名））１３を塗布および膜厚制御する。次に、こ
のレジスト１３上に第１のＬ／Ｓパターン形状に対応し
ている第１のマスク１５を用いて、第１のＬ／Ｓパター
ンの露光を行う（図１（Ａ））。ここで、図２を参照す
る。図２（Ａ）は、第１のマスク１５の平面図である。
図２（Ｂ）は、露光が終了した状態の構造体を上からみ
た平面図である。第１のＬ／Ｓパターンの潜像領域は目
的の長方形パターンの長辺の長さを規定するものであ
る。ここでは、長方形の短冊状パターンの長辺の寸法は
１．０μｍで、ピッチが１．２μｍ（つまり、スリット
パターン幅が０．２μｍとなる）が目的の寸法である。
しかしながら実際に露光される領域は第１のマスク１５
のスリットパターン幅Ｌ₁ ：０．２５μｍ、第１のマス
クのスペース幅Ｐ₁ ：０．９５μｍ程度のＬ／Ｓパター
ンになる。これは第１のマスク１５のスリットパターン
幅Ｌ₁ ：０．２５μｍが露光での解像限界であるためで
ある。

【００３０】露光を行うと、第１のＬ／Ｓパターンの潜
像領域中には酸が発生する。この酸は、レジスト反応
（ポジレジストの場合は露光された部分が可溶化となる
反応）の触媒となる。なお、レジスト反応は後の熱処理
によって起こる。

【００３１】ここで、潜像領域中の酸を一部不活性化さ
せる。露光済みのポジレジストを塩基性雰囲気中に一定
時間放置する。ここでは、塩基性雰囲気をアミン含有雰
囲気として、この構造体をアミン濃度１０ppb 程度の雰
囲気１７内で３０分放置する（図１（Ｂ））。図４は露
光後にアミン濃度１０ppb 程度の雰囲気内でこの構造体
を放置する時間と、その後の処理が終了した時点でのパ
ターンの仕上がり寸法との関係を表している関係特性図
である。白丸がこの構造体についての実験結果を示して
いる。これによると、露光後、アミン含有雰囲気１７中
での放置時間が経過するにつれ現像後のスリット寸法は
徐々に小さくなっていて、３０分放置した結果、露光し
たスリット幅の領域０．２５μｍの現像後の仕上がり寸
法は、ほぼ０．２０μｍ強となる。３０分以降は徐々に
寸法変化は小さくなり、６０分放置した構造体のスリッ
ト幅も０．２０μｍ程度である。これは、露光後に化学
増幅型ポジレジストをアミン雰囲気中１７に放置すると
露光により発生した触媒としての酸が、雰囲気中のアミ
ンによって中和されて触媒としての能力を失うためその
後の熱処理（ベーク）を行ったときにレジスト反応がで
きない部分（表面難溶化部）が生じるという、化学増幅
型ポジレジストの欠点を特性として生かしており、この
ため、露光での解像限界１９より細いスリットパターン
の潜像２１を形成することができる。ここでは、０．２
５μｍの解像限界１９の幅（第１のマスク１５のスリッ
トパターンの幅Ｌ₁ ）を目的の寸法である０．２０μｍ
程度のスリットパターン潜像２１の幅Ｌ₂ にまで細くさ
せたいために構造体を３０分、このアミン雰囲気中１７
に放置して、ベークを行う（図２（Ｂ）および図４参
照）。この結果、０．２μｍのスリットパターン潜像の
幅Ｌ₂ が得られ、スペースの幅も第１のマスク１５のス
ペース幅であるＰ₁ ：０．９５μｍから所望の長さであ
る１．０μｍにすることができた。

【００３２】次に、第２のＬ／Ｓパターン形状に対応し
ている第２のマスク２３を用いて、第１のＬ／Ｓパター
ンに直交するように第２のパターンを露光する（図１
（Ｃ））。ここで図３（Ａ）は第２のマスク２３の平面
図である。第２のＬ／Ｓパターンの潜像は目的の短冊状
パターンの短辺の長さを規定するものである。この場
合、短冊状パターンの短辺の寸法は０．３５μｍで、ピ
ッチが０．６μｍであるので、第２のマスク２３のスリ
ットパターン幅Ｌ₃ は０．２５μｍ、第２のマスク２３
のスペース幅Ｐ₂ が０．３５μｍとなる。ここでは、現
像後のパターン寸法を変化させる必要はないため、露光
後、続けてこの構造体をベークしてレジスト反応させ
て、第２のパターンの潜像を化学増幅型ポジレジスト１
３中に形成する。

【００３３】その後、現像処理を行うことによって第１
のＬ／Ｓパターンと第２のＬ／Ｓパターンによって囲ま
れた長方形の短冊状パターン２５を形成することができ
る（図１（Ｄ）および図３（Ｂ））。

【００３４】この結果、得られたレジストパターン２５
には、端部の回折による、形状悪化や近接効果はほとん
どなくなり、また、この短冊状パターン２５の長方形の
長辺は、スリットを０．２５μｍから０．２μｍにまで
細くすることができたため所望の寸法のレジストパター
ンを形成することができる。また、単純なＬ／Ｓパター
ンの組み合わせから目的のパターン形状を形成している
ので、パターン形状に対応するマスク製作が容易であ
る。

【００３５】このレジストパターン２５をマスクとして
周知のホトグラフィおよびエッチング処理によって基板
の加工を行うことにより基板に所望の長方形の短冊状パ
ターンを形成することができる。

【００３６】＜第２の実施の形態＞第２の実施の形態と
して、化学増幅型ポジレジストの問題点とされている基
板付近での裾引き現象を利用して、レジストパターン端
部の光学的後退を解決する方法につき、図を参照して説
明する。図５および図６は、第２の実施の形態の説明に
供する概略的な工程断面図である。また、図７および図
８は形成中の構造体を上からみた平面図である。

【００３７】ここでは、最終的に長辺の長さが０．９μ
ｍで、短辺の長さが０．３μｍである長方形の短冊状レ
ジストパターンを得ることが目的である。

【００３８】まず、基板上面に島状の窒化膜を形成する
ため、基板１１上にスパッタ蒸着法によりＴｉ膜３１ａ
を０．１μｍの厚さに成膜する（図５（Ａ））。

【００３９】次にこのＴｉ膜３１ａ上にポジレジスト３
３（例えば和光純薬社製ポジレジストＷＫＲ−ＰＴ−２
（商品名））を１．０μｍの厚さに塗布し、周知のホト
グラフィ処理およびエッチング処理により、Ｔｉ膜のＬ
／Ｓパターン３１ｂを形成する。（図５（Ｂ））。ここ
で、所望の短冊状パターンの短辺の長さが０．３μｍで
ある場合、このＴｉ膜のＬ／Ｓは０．３μｍＬ／Ｓとす
る。これを第１のＬ／Ｓパターン３１ｂとする。

【００４０】その後、このＴｉ膜のＬ／Ｓパターンを埋
め込むように基板上に再度ポジレジストを１．０μｍの
厚さの塗布し、今度は第１のＬ／Ｓパターンと直交する
ように、第２のＬ／Ｓパターン３５を形成する（図５
（Ｃ）および図７）。ここで、所望の短冊状パターンの
長辺の長さが０．９μｍでピッチが１．２μｍである場
合、この第２のＬ／Ｓパターン３５は０．３μｍＬ／Ｓ
程度とする。

【００４１】その後、Ｔｉ膜のＬ／Ｓパターンに窒素を
注入して窒化膜を形成するため、この第２のＬ／Ｓパタ
ーン３５をインプラマスクとして周知のインプラ方法に
より、基板の上方から窒素をインプラする。これによ
り、第１のＬ／Ｓパターン３１ｂのＴｉ膜の残存する部
分と、第２のＬ／Ｓパターン３５で形成されたスリット
の部分との交差する部分のＴｉ膜３１ｂ（第２のＬ／Ｓ
パターン３５から露出している第１のＬ／Ｓパターン３
１ｂ）だけを選択的にＴｉＮ膜３１ｃ化することができ
る（図８（Ａ））。これを島状の窒化膜とする。

【００４２】その後、第２のＬ／Ｓパターン３５を除去
して、第１のＬ／Ｓパターン３１ｂおよびこのパターン
３１ｂ内に存在するＴｉＮ膜３１ｃを埋め込むように基
板上に化学増幅型ポジレジスト３７（例えば和光純薬製
ポジレジストＷＫＲ−ＰＴ−２（商品名））を１．０μ
ｍの厚さに塗布し（図６（Ａ））、その上に目的の寸法
およびピッチの短冊状パターンに対応するマスク３９を
用いて、短冊状パターンを第１のＬ／Ｓパターン３１ｂ
のＴｉＮ膜３１ｃ部分に短冊の端部が重なるように露光
する（図６（Ｂ））。短冊状パターンの端部は回折の影
響により光学的な後退が見られるはずだが、ＴｉＮ膜３
１ｃと化学増幅型ポジレジスト３７との界面付近には、
上記のＴｉＮ膜３１ｃ形成時に反応しきれなかった過剰
の窒素が存在しており、露光後にベークを行なったとき
に、ＴｉＮ膜３１ｃ中の窒素の孤立電子対が、露光によ
って化学増幅型レジスト中に発生した酸をトラップし
て、レジスト反応を触媒する酸の一部は失活するため、
特にＴｉＮ膜３１ｃとレジスト３７との界面付近では酸
が減少している。したがって界面付近ではレジスト反応
が進まず、難溶となる部分が生じて現像後のレジストパ
ターン４１ａの端部は裾引き４１ｂ形状となる（図６
（Ｃ））。本来、裾引き４１ｂはパターン形成において
は、パターン形状を変化させてしまうために問題となる
のであるが、この場合はＴｉＮ膜３１ｃ部分にあえて短
冊状パターンの端部が重なるようにして、このパターン
４１ａの端部に裾引き４１ｂを生じさせることによっ
て、露光光の回折による影響を受けても、所望の寸法に
近い（後退の少ない）レジストパターン４１ａを得るこ
とができる（図８（Ｂ））。

【００４３】そして、このレジストパターンをマスクと
して、周知のホトグラフィ処理およびリソグラフィ処理
により、露出しているＴｉ膜、基板の加工を行うことに
より所望の短冊状パターンを得ることができる。

【００４４】＜第３の実施の形態＞第３の実施の形態と
して、上側に表面保護膜（カバー膜）が形成されてい
る、化学増幅型レジストからなるレジスト層を備えた基
板を、移動させながら矩形パターンを繰り返し、ＮＡを
変化させて露光する方法であって、各ＮＡでの露光から
その後のベーク処理までの間に、所望の時間だけ、露光
後のレジストを放置することによって、現像後のレジス
トパターンを目的の寸法通りに仕上げる方法につき図を
参照しながら説明する。図９は第３の実施の形態の説明
に供する概略的な工程断面図で、図１０は構造体の概略
的な平面図である。また、図９および１０の中で点線で
囲んだ領域は、所望のレジストパターン形成予定領域で
ある。

【００４５】ここでは、レジストパターンとして長方形
の短冊状パターン（長辺の長さ１．０μｍ、短辺の長さ
０．４μｍ）を得る例について説明する。

【００４６】まず基板１１上に化学増幅型ネガレジスト
（例えばシップレー社製ネガレジストＳＮＲ（商品名）
を使用。）を塗布してレジスト層５１を形成し、次いで
このレジスト層５１上に表面保護膜５３（例えば東京応
化工業社製ＴＳＰ（商品名））を塗布形成する（図９
（Ａ））。

【００４７】次に、レジスト層が形成された基板を段階
的に移動させ、かつ各段階での基板の移動位置毎にＮＡ
を変化させながら、順次各レジスト層の移動位置に対し
て露光を行って、複数の連続する潜像からなる１つの集
合潜像パターンを形成するため、まず、矩形のマスク
（パターンは０．４μｍ程度）を用いて露光する。これ
によりレジスト５１の矩形パターン潜像となる第１領域
５５ａに酸が発生する（図９（Ｂ）および図１０
（Ａ））。このときの露光条件は露光機のＮＡを０．４
５、露光量３５ｍＪ／ｃｍ² とする。

【００４８】その後、この構造体（実際は露光機のウェ
ハステージ）を長方形の短冊状パターンの長辺を伸ばし
ていく方向に、所望の距離（例えば０．３μｍ）移動さ
せて再度矩形パターンの露光を行う。これにより、第２
領域５５ｂに酸が発生する（図９（Ｃ）および図１０
（Ｂ））。２回目の露光条件は露光機のＮＡを０．６
０、露光量３０ｍＪ／ｃｍ² 程度とする。１回目の露光
よりも２回目の露光のほうがＮＡを大きくして、光強度
コントラストを大きくし、露光量を少なくしている。

【００４９】その後、ウェハを短冊状パターンの長辺を
伸ばしていく方向に所望の距離（例えば０．３μｍ）移
動させて、３回目の露光を行う。これにより、最終領域
である第３領域５５ｃに酸が発生する（図９（Ｄ）およ
び図１０（Ｃ））。露光機のＮＡは１回目のときと同じ
０．４５、露光量は３５ｍＪ／ｃｍ² とする。

【００５０】化学増幅型ネガレジストからなるレジスト
層５１は、その上に表面保護膜５３（カバー膜とも称す
る。）を付与しておくと、雰囲気中のアミン等の不純物
影響を受けず、よって露光によって生じるレジスト反応
の触媒となる酸が失活することはなくなるため、露光後
に放置するとレジスト反応は連鎖的に行われる。したが
って放置時間に伴ってネガレジスト５１における架橋領
域は大きくなるが、これは露光のときの光強度コントラ
ストに関係することがわかっている。つまり、露光機の
ＮＡが大きいほど露光後に放置しても寸法の変化は小さ
く、露光機のＮＡが小さいほど露光後の放置に伴って寸
法は大きく変化する。この関係を図１１に示している。
図１１は露光後の放置時間を横軸にとり、仕上がり寸法
を縦軸にとって、ＮＡが０．４５の場合を黒丸で、ＮＡ
が０．６０の場合を白丸でそれぞれプロットしてある。
これによると、この構造体において、ＮＡを０．４５に
設定した場合、露光してすぐにベークおよび現像処理を
行ったときのパターンの仕上がり寸法は０．４μｍだっ
たのが、露光後３０分経過したものでは、０．４３μｍ
程度にまで変化する。しかし、それ以上放置してもあま
り寸法の変化はみられない。一方、ＮＡを０．６０に設
定した場合は、露光後６０分放置しても、仕上がり寸法
の変化はほとんどみられなかった。

【００５１】したがって、露光するときにＮＡと、その
ＮＡの値に対応する露光後の放置時間とを設定すること
により、露光した箇所のパターンを選択的に寸法変化さ
せることができることが分かる。

【００５２】この例については、１回目から３回目の露
光を連続して行い、露光後の放置時間を、例えば３０分
として、放置後ベークおよび現像処理を行うことによっ
て、小さいＮＡで露光した長方形パターンの端部は寸法
が大きめに形成され、その結果、端部の後退の少ないほ
ぼ目的の寸法どおりのレジストパターンが得られる。こ
のレジストパターンをマスクとして、周知のホトリソグ
ラフィ処理やエッチング処理により、基板の加工を行う
ことによって、所望の短冊状パターンを得ることができ
る。

【００５３】＜第４の実施の形態＞第４の実施の形態と
して、長方形の短冊状パターンを形成するにあたり、反
射防止膜を部分的に用いてパターン形状を制御する方法
につき、図を参照して説明する。図１２は第４の実施の
形態の説明に供する概略的な工程断面図で、図１３も同
様に工程断面図である。図１４および図１５は、この例
において、特徴的な構造体を上から見た平面図である。
ここで、図１２は図１４および図１５で示している構造
体の形成途中の直線Ｘ−Ｘに沿った断面図であり、図１
３は直線Ｙ−Ｙに沿った断面図を表している。

【００５４】ここでは長辺寸法が０．９μｍで短辺寸法
が０．３μｍの長方形の短冊状レジストパターンを形成
する例について説明する。

【００５５】まず、基板上面に反射防止膜からなる反射
防止パターンを形成するため、基板１１上に反射防止膜
６１であるａ−Ｃ膜をスパッタ蒸着法などにより０．１
μｍの厚さに形成する。その後このａ−Ｃ膜６１上に第
１ネガレジスト（例えばシップレー社製ネガレジストＳ
ＮＲ（商品名））で第１ネガレジスト層６３を設ける。
その後周知のホトリソグライ処理およびエッチング処理
によりこのａ−Ｃ膜６１によるＬ／Ｓパターンを形成す
る（図１２（Ａ）および図１３（Ａ））。このときのラ
イン幅は０．３μｍ、スペース幅は０．９μｍとした。
この後第１ネガレジスト層６３は除去する（図１４
（Ａ））。

【００５６】次に上記のａ−Ｃ膜６１によるＬ／Ｓパタ
ーンを埋め込むように第２ネガレジスト（例えばシップ
レー社製ネガレジストＳＮＲ（商品名））を全面に塗布
して第２ネガレジスト層６５を形成し、目的の短冊状パ
ターン形状に対応するマスク６７を用いて短冊状パター
ンを露光によって第２ネガレジスト層６５に転写する
（図１２（Ｂ）および図１３（Ｂ））。この短冊状パタ
ーンはその長辺方向とａ−Ｃ膜６１のライン方向とが直
交するようにし、かつ短冊状パターンの中央部がａ−Ｃ
膜６１の残存部分を横切るような位置に設定して露光す
る（図１４（Ｂ））。

【００５７】この結果ａ−Ｃ膜６１上は反射率が低
く、ａ−Ｃ膜６１のない部分と比べて相対的に第２ネガ
レジスト層６５の露光感度が低くなるため、同一の短冊
状パターンの露光において、第２ネガレジスト層６５の
下にａ−Ｃ膜６１がある中央部分だけ仕上がり寸法を小
さくすることができる。

【００５８】したがって隣接するパターン間の干渉等に
よる悪影響を避けることができ、現像した結果、近接効
果である膨らみの少ない、所望の本レジストパターン６
９を形成することができる（図１２（Ｃ）、図１３
（Ｃ）および図１５）。

【００５９】なお、この後に行うａ−Ｃ膜のエッチング
除去は酸素を用いたイオンエッチングにより行うが、こ
の例では０．５Ｗ／ｃｍ² 、４０ｍｔｏｒｒ程度の処理
条件で、数分で除去することができた。

【００６０】また、反射防止パターン上に形成するレジ
ストに化学増幅型ポジレジストを用いる場合は、レジス
トパターンを、レジストパターンの端部が反射防止パタ
ーン上に位置するように形成する。この端部の部分は従
来、露光光の反射の影響を受け、過剰露光となってしま
い光学的後退が生じていたが、ここではレジストパター
ンの端部の下に反射防止パターンが形成されているため
に反射の影響を受けず、このため後退のおそれはなくな
る。したがって、レジストパターンの部分的な形状の矯
正ができるのである。

【００６１】

【発明の効果】以上、説明したような形成方法によっ
て、レジストパターンを形成すると、露光光の回折等に
よって生じる近接効果やパターン端部の後退といったパ
ターンへの悪影響を回避することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】（Ａ）〜（Ｄ）は、第１の実施の形態の説明に
供する概略的な工程断面図である。

【図２】（Ａ）は、第１の実施の形態の、第１のマスク
の形状を概略的に示した平面図である。（Ｂ）は、図１
の（Ｂ）の構造体を上から見た概略的な平面図である。

【図３】（Ａ）は、第１の実施の形態の、第２のマスク
の形状を概略的に示した平面図、（Ｂ）は、図１の
（Ｄ）の構造体を上から見た概略的な平面図である。

【図４】第１の実施の形態中の構造体の露光後放置時間
とパターンの仕上がり寸法との関係を表した関係特性図
である。

【図５】（Ａ）〜（Ｃ）は、第２の実施の形態の説明に
供する概略的な工程断面図である。

【図６】（Ａ）〜（Ｃ）は、図５に続く工程断面図であ
る。

【図７】図５の（Ｃ）の構造体を上から見た概略的な平
面図である。

【図８】（Ａ）は、第２の実施例の形態の説明に供する
構造体の概略的な平面図、（Ｂ）は、図６の（Ｃ）の構
造体を上から見た概略的な平面図である。

【図９】（Ａ）〜（Ｄ）は、第３の実施の形態の説明に
供する概略的な工程断面図である。

【図１０】（Ａ）〜（Ｃ）は、それぞれ、図９の（Ｂ）
〜（Ｄ）の構造体を上から見た概略的な平面図である。

【図１１】第３の実施の形態中の構造体の露光後放置時
間とパターンの仕上がり寸法との関係を表している関係
特性図である。

【図１２】（Ａ）〜（Ｃ）は、第４の実施の形態の説明
に供する概略的な工程断面図である。

【図１３】（Ａ）〜（Ｃ）は、図１２の（Ａ）〜（Ｃ）
に対応するもう一つの工程断面図である。

【図１４】（Ａ）および（Ｂ）は、第４の実施の形態の
説明に供する構造体を上から見た概略的な平面図であ
る。

【図１５】図１２の（Ｃ）および図１３の（Ｃ）の構造
体を上から見た概略的な平面図である。

【図１６】（Ａ）および（Ｂ）は、従来技術の説明に供
する図である。

【図１７】（Ａ）および（Ｂ）は、従来技術の説明に供
する光強度分布図である。

【符号の説明】

１１：基板１３：化学増幅型ポジレジスト１５：第１のマスク１７：アミン含有雰囲気１９：解像限界２１：スリットパターンの潜像２３：第２のマスク２５：短冊状パターン（レジストパターン）Ｌ₁ ：第１のマスクのスリットパターン幅Ｐ₁ ：第１のマスクのスペース幅Ｌ₂ ：スリットパターン潜像の幅Ｌ₃ ：第２のマスクのスリットパターン幅Ｐ₂ ：第２のマスクのスペース幅３１ａ：Ｔｉ膜３１ｂ：Ｔｉ膜のＬ／Ｓパターン（第１のＬ／Ｓパター
ン）３１ｃ：ＴｉＮ膜３３：ポジレジスト３５：第２のＬ／Ｓパターン３７：化学増幅型ポジレジスト３９，６７：マスク４１ａ：レジストパターン４１ｂ：裾引き５１，６３：第１ネガレジスト層５３：表面保護膜５５ａ：第１領域５５ｂ：第２領域５５ｃ：第３領域６１：反射防止膜（ａ−Ｃ膜）６５：第２ネガレジスト層６９：本レジストパターン１１０：長方形の短冊状パターン１２０：補助パターン

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁶ 識別記号ＦＩＨ０１Ｌ 21/30 ５７４

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】化学増幅型ポジレジストからなるレジス
ト層を露光して該レジスト層の露光領域中に酸を発生さ
せ、その後熱処理により前記酸を触媒としたレジスト反
応を起こして前記露光領域にパターンの潜像を形成し、
然る後、前記レジスト層を現像して前記潜像の領域を除
去することにより、前記レジスト層のパターンを形成す
るにあたり、前記露光後から前記熱処理前までの間に、露光済みの前
記レジスト層を塩基性雰囲気中に一定時間放置すること
を特徴とするパターン形成方法。
【請求項２】請求項１に記載のパターン形成方法にお
いて、前記塩基性雰囲気をアミン含有雰囲気とすることを特徴
とするパターン形成方法。
【請求項３】請求項１に記載のパターン形成方法にお
いて、前記レジスト層に形成すべきパターンを、複数の分解さ
れたパターンに分け、該分解されたパターンの潜像を順
次前記レジスト層中に位置を合わせ、重ねて形成するに
あたり、前記レジスト層を露光して、その後前記塩基性雰囲気中
に一定時間放置し、然る後前記熱処理を行う工程を、前記分解されたパターンの各々について、前記塩基性雰
囲気中に放置する時間を変えて行うことを特徴とするパ
ターン形成方法。
【請求項４】化学増幅型ポジレジストからなるレジス
ト層を露光して、前記レジスト層の露光領域中に酸を発
生させ、その後熱処理により前記酸を触媒としたレジス
ト反応を起こして前記露光領域にパターンの潜像を形成
し、然る後、前記レジスト層を現像して前記潜像の領域
を除去することにより前記レジスト層のパターンを形成
するにあたり、基板上面に島状の窒化膜を形成する工程と、前記窒化膜を含む前記基板上面の全面にわたり前記レジ
スト層を形成する工程と、該レジスト層に対して露光およびこれに続く熱処理を行
って該レジスト層に前記マスクパターンの潜像を、該潜
像と前記窒化膜とが部分的に重畳するように形成する工
程とを含むことを特徴とするパターン形成方法。
【請求項５】化学増幅型レジストからなるレジスト層
にマスクパターンを露光した後加熱して該マスクパター
ンの潜像を形成した後、該レジスト層を現像して前記レ
ジスト層をパターニングするにあたり、前記レジスト層が形成された基板を段階的に移動させ、
かつ各段階での前記基板の移動位置毎に露光機の投影レ
ンズの開口数（ＮＡ）を変化させながら、前記レジスト
層の前記基板の移動方向に沿った順次の移動位置に対
し、順次に露光を行って、複数の連続する潜像からなる
１つの集合潜像パターンを形成する露光工程を含むこと
を特徴とするパターン形成方法。
【請求項６】請求項５に記載のパターン形成方法にお
いて、前記露光は、塩基性不純物を前記レジスト層から遮断し
た環境内で行うことを特徴とするパターン形成方法。
【請求項７】基板上面に反射防止膜からなる反射防止
パターンを形成する工程と、前記反射防止パターンを埋め込むように、前記基板上面
にレジスト層を設ける工程と、前記レジスト層からなるレジストパターンを、当該レジ
ストパターンの一部が前記反射防止パターン上に位置す
るように形成する工程とを含んでいることを特徴とする
パターン形成方法。
【請求項８】請求項７に記載のパターン形成方法にお
いて、前記レジスト層としてネガレジスト層を用いる場合、前記レジストパターンの一部は、近接効果による膨らみ
を生じる可能性のある箇所とすることを特徴とするパタ
ーン形成方法。
【請求項９】請求項８に記載のパターン形成方法にお
いて、前記レジスト層としてポジレジスト層を用いる場合、前記レジストパターンの一部は、回折の影響を受けて後
退する恐れのある箇所とすることを特徴とするパターン
形成方法。