JPH1098023A - パターン形成方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】形成されたレジストパターンの位置ずれを補正
する。 【解決手段】基板上に形成されたレジスト膜にパターン
状に露光を行って現像処理を施し、レジストパターンを
形成するパターン形成方法において、デポジションおよ
び／またはエッチング処理をその処理量を現像処理後形
成されたレジストパターンの設計に対するずれに対応さ
せて行い、パターンのずれを補正する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、半導体素子形成に
代表されるリソグラフィー技術によるパターン形成方法
に関する。

【０００２】

【従来の技術】半導体に代表される素子製造分野では、
微細化の要求を満足するための加工技術開発が進められ
ている。微細加工技術においては、加工寸法の微細化の
みでなく、精度も要求され、パターン寸法やパターン位
置の精度についての要求は、パターンの微細化にともな
ってますます厳しくなっている。パターンの加工にマス
クとして用いられるレジストパターンの寸法がばらつい
たり、位置精度が得られない原因は、主に、レジストパ
ターンを焼き付ける露光装置にあり、露光マスクを用い
る場合は、露光マスクにも起因している。そのため、パ
ターン露光において露光領域内で一様な転写特性を持
ち、歪のない露光技術と、高精度の露光マスクの開発が
行われている。しかしながら、レジストパターンには、
マスクや露光装置の照明の微小なばらつきを反映したパ
ターン寸法の変動や、露光装置の光学系に起因する位置
歪や、露光マスク上のパターンの位置歪や、被露光基板
の平面度に起因するような位置歪が観察される。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】したがって、本発明
は、従来の技術では達成困難であった高い寸法精度およ
び位置精度を有するパターンを形成し得るパターン形成
方法を提供することを課題とする。

【０００４】

【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
に、本発明は、基板上に形成されたレジスト膜にパター
ン状に露光を行って現像処理を施し、レジストパターン
を形成するパターン形成方法において、デポジションお
よび／またはエッチング処理をその処理量を現像処理後
形成されたレジストパターンの設計に対するずれに対応
させて行い、パターンのずれを補正することを特徴とす
るものである。

【０００５】

【発明の実施の形態】本発明は、上にも述べたように、
露光・現像後形成されたレジストパターンに対し、デポ
ジション処理またはエッチング処理、あるいはその両者
を組み合わせた処理を行い、レジストパターンの設計位
置・寸法に対するずれの補正を行うものである。

【０００６】露光・現像後に形成されたレジストパター
ンは、その位置および／または寸法が設計値に対してず
れ、また同一基板内でそのずれに分布を有すること、す
なわち位置または寸法が同一基板内で徐々に変動し、設
計範囲を逸脱することが多い。この位置および／または
寸法のずれを補正するために、本発明においては、レジ
ストパターンに対してデポジションまたはエッチング、
あるいはその両者を行うのであるが、その際その処理を
設計値のずれに対応させて行い、同一基板内でのずれお
よびその分布を補正し、ほぼ設計値通りのレジストパタ
ーンを得るものである。すなわち、基板上に形成された
レジスト膜に対して所定のパターン状露光および現像処
理を行った後、まず、パターン精度の測定を行うか、計
算によりずれを予測する。あるいは、事前に設計値から
のずれの傾向を得ておく。しかる後、その結果に基づい
て、位置ずれ、寸法のずれ（設計寸法より大きいか小さ
いか）またはその両者に対応して所定のデポジションお
よび／またはエッチング処理を行い、ずれを補正する。

【０００７】例えば、同一基板内で寸法の一様性が得ら
れる条件では、形成されたレジストパターン寸法測定値
の平均値と設計寸法とにずれが生じる傾向にあるが、そ
の際、レジストパターンが設計値より大きい場合には、
一様のエッチング処理を行う。また、レジストパターン
が設計値より小さい場合には、一様のデポジション処理
を行い、さらに必要に応じてデスカム（レジストの裾部
分のエッチング除去）を行う。

【０００８】また、同一基板内において狭い領域では寸
法の一様性が得られているにもかかわらず、当該狭い領
域毎に寸法が徐々に変化することもあるが、その際レジ
ストパターンが徐々に大きくなる場合にはそれに対応し
て処理量に分布を持たせたエッチング処理を行い、一方
レジストパターンが徐々に小さくなる場合には、それに
対応して処理量に分布を持たせたデポジション処理を行
う。

【０００９】また、基板に対してレジストパターンが一
様に位置ずれを生じている場合には、非対称的な方向性
エッチング処理もしくはポジション処理を行うことによ
りレジストパターンを非対称にエッチングするかレジス
トパターンに非対照的にデポジションを行う。

【００１０】上記本発明の実施の形態を図１を参照して
より具体的に説明する。上にも述べたように、通常、露
光転写されたパターンには寸法と位置の変動が少なから
ず発生する。本発明においては、この寸法と位置のずれ
に対して、パターンにデポジション処理および／エッチ
ング処理を行ってそのずれの補正をするのであるが、例
えば、図１（ａ）のように形成されたパターン１１に対
して、等方性エッチング処理（図中、矢印で示す）を施
せば、パターン１２の寸法が小さくなる。また、図１
（ａ）のパターン１１に対して、図１（ｃ）に示すよう
に一方向（図中、矢印で示す）から異方性エッチング処
理を施すことにより、線幅のみでなく、位置を変えたパ
ターン１３を得ることができる。また、図１（ａ）のパ
ターン１１に対して、図１（ｄ）に示すように全体的に
（等方的に）デポジション処理（１４）を施すことに、
線幅を大きくすることができる。さらにまた、図１
（ｅ）に示すように方向性（図中、矢印で示す）を持た
せた（異方性）デポジション処理（１５）を行うことに
より線幅と位置を修正することも可能になる。そして、
本発明においては、これらの処理を同一基板面内で処理
量を変えて行うことにより、初めに得たパターンの位置
・寸法のずれの面内分布を補正することが可能となる。

【００１１】本発明において、非対照的なエッチング処
理またはデポジション処理は、エッチング雰囲気または
デポジション雰囲気の一部に電界または磁界の印加する
か、エッチングガスまたはデポジションガスの供給量に
分布をもたせるか、処理装置内の真空度に勾配をもたせ
るか、あるいはこれらの組み合わせにより行うことがで
きる。

【００１２】図２に、基板上に形成されたパターンの特
定領域のみにエッチング処理を施すために好適なバレル
型エッチング装置を示す。図２（ａ）に示すように、こ
のエッチング装置は、バレル型真空容器（エッチング
室）２１を有する。この容器２１をほぼ上部半分を囲ん
で上部電極２２が配置され、またその下部半分を囲むよ
うに下部電極２３が配置されている。これら電極２２お
よび２３は、高周波電源２４に接続され、下部電極２３
は接地されている。真空容器２１内には、レジストパタ
ーンを形成した基板２５が載置され、基板２５には、図
２（ｂ）に良く示されているように中央部に透孔２６ａ
を有するアルミニウム板２６が離間して対向配置されて
いる。アルミニウム板２６は、ＸおよびＹ方向に移動可
能なように設置されている。この装置を用い、あらかじ
め形成されたレジストパターンのうち、設計寸法より大
きなパターンを有する領域上にアルミニウム板２６の透
孔２６ａを位置させてエッチングを行うことにより、当
該領域のパターンを中心に所望のエッチングを達成でき
る。なお、デポジション処理においても、同様のアルミ
ニウム板を用いることにより所定領域のパターンに対し
てデポジション処理を施すことができる。

【００１３】図３には、パターンに対して非対称的なエ
ッチング処理を施す上で好適なドライエッチング装置の
電極構成が示されている。すなわち、このドライエッチ
ング装置は、上部電極３１および下部電極３２からなる
平行平板電極構造を備え、上部電極の一端部には、磁石
３３が設置されている。下部電極３２上に基板３５を載
置し、両電極に電圧を印加し、磁石３３近傍からエッチ
ングガスを導入することによりエッチングガスプラズマ
は磁場３４の影響によりその部分で強く活性化され、磁
場３４から離れた位置では活性化が弱まるので、パター
ンに対して非対称的なエッチングを行うことができる。

【００１４】同様に、デポジション処理においても、磁
界を印加することにより、レジストパターンの一方の側
で量を多く、他方の側で量を少なくデポジションを行う
ことができる。

【００１５】また、本発明においては、通常、デポジシ
ョンは、例えばエチレンガスを用いたデポジション処理
のように、有機材料の堆積を主体とするデポジション処
理であるが、シリコン等の無機材料を堆積させるデポジ
ション処理であってもよい。なお、異方性のデポジショ
ン処理は、基板に対して堆積物が斜めに入射するデポジ
ション処理によっても行うことができる。

【００１６】

【実施例】以下本発明の具体的実施例につき詳述する。 ［第１の実施例］本発明をレチクルの作製に適用した例
をレジストパターンの断面形状を示す図４を参照して説
明する。この実施例では、電子ビーム露光においてレジ
ストパターンがもっとも再現性よく形成される条件を用
いた結果発生するコーナーの丸みや、解像力の不足を解
消する例を示すものである。

【００１７】まず、石英基板上にクロム／クロム酸化物
よりなる遮光膜を設けた０．２５インチ厚、６インチ方
形のブランクにネガ型電子ビームレジスト（シップレー
社製ＳＡＬ６０１）を０．５μｍの厚さに塗布し、ベー
キングした。ついで、加速電圧５０ＫｅＶで動作する可
変成形電子ビーム露光装置にて所定の露光処理を行った
後、所定のベーキング処理を行い、ついで、専用の現像
液を用いて現像処理し、レジストパターンを形成した。
露光処理は、設計パターンデータを０．２μｍの幅でサ
イジング（線幅の拡大処理）し、これを露光データとし
て用いて行った。露光量と現像条件をレジストプロファ
イルがもっとも再現性よく形成される条件に設定した結
果、得られたレジストパターン４１の寸法は露光データ
の寸法に対して幅０．３μｍ、即ち図４中点線で示す設
計データに対して幅０．１μｍ細くなっていた（図４
（ａ））。

【００１８】ついで、基板を平行平板電極型の高周波プ
ラズマ発生装置の一方の電極上に置き、エチレンモノマ
ーガスと窒素ガスとの体積比９５：５の混合ガスを導入
し、プラズマ放電を行った。１００Ｐａの減圧下、３０
０Ｗの電力で７５秒処理し、０．１μｍの厚さにポリエ
チレン皮膜を形成した。図４（ｂ）に示すようにポリエ
チレン皮膜４２は、レジストパターン４１に対して、等
方的に形成された。

【００１９】次に、同じ平行平板電極型の高周波プラズ
マ発生装置を用いて、酸素ガスと窒素ガスの体積比１
５：８５の混合ガスを導入し、プラズマ放電を行った。
３０Ｐａの減圧下、１５０Ｗの電力で、１２０秒処理し
た。その結果、図４（ｃ）に示すように、レジストパタ
ーン４１の側壁にのみ残置ポリエチレン皮膜４２’を有
するパターンを得た。

【００２０】こうして得られたレジストパターンをエッ
チングマスクとし、クロム／クロム酸化物よりなる遮光
膜をエッチングした。このエッチングは、塩素ガスと酸
素ガスとアルゴンガスとの体積比９５：５：１００の混
合ガスを用い、基板温度を７０℃に加熱し、１５０Ｗの
電力で１５分行った。レジストパターンには若干量の
（約０．０５μｍ）の減少が認められたが、得られた遮
光膜パターンは寸法の均一性が±３０ｎｍ未満の範囲内
にあった。

【００２１】上記のように、サイジング処理を０．２μ
ｍ程度にとり、変換差０．３μｍ程度の現像処理を行い
本発明を適用した場合、レジストパターン寸法のサイジ
ング処理を大きくとる方法により従来問題であった解像
力の不足や、コーナーの丸みの増大は著しく軽減されて
いた。

【００２２】なお、図５に設計パターンに対して現像・
露光後異なる形状で得られるパターンの例を示すが、図
５（ａ）に示すような同一線幅Ｌおよび形状を有する設
計パターン５１〜５３に対して、露光・現像後のパター
ンが図５（ｂ）および図５（ｂ）の線Ｃ−Ｃ断面図であ
る図５（ｃ）に示すように適正に、小さくおよび大きく
（それぞれ、５１’、５２’および５３’で示す）形成
された場合、大きく形成されたパターンのほうがレジス
トプロファイルが優れ、しかもレジストパターンの寸法
ばらつきが少ないことが確かめられている。その結果、
露光パターンに比べてレジストパターンを大きく形成す
る本実施例の方法により、同一基板内でのパターンの寸
法の一様性が達成される。

【００２３】［第２の実施例］パターンデータを変えて
第１の実施例と同一の工程でレジストパターンを形成し
た。線幅を測定した結果、データ量が著しく大きく、第
１の実施例に比べ５倍程度すなわち約７時間の描画処理
となったことが原因と考えられるパターンの描き出し部
分から描き終わり部分にかけて線幅の変化が生じてい
た。描き始めと描き終わりでは、９８ｎｍの線幅が変動
していた。

【００２４】このレジストパターンに対して、処理時間
を変えた以外は第１の実施例１と同様のポリエチレンの
デポジション処理を行い、基板上に０．１５μｍの厚さ
にポリエチレン皮膜を形成した。

【００２５】ついで、図２に示すバレル型プラズマエッ
チング装置（基板２５上に１０ｍｍ間隔をおいてアルミ
ニュウム板２６を設置）を用い、空気を水中でバブリン
グしてから真空容器３１中に供給し、プラズマ発生を行
うウェット空気プラズマ処理を施した。アルミニュウム
板２６によりエッチング領域を規制し、基板上では他の
領域とのエッチング速度差を２０倍にすることができ
た。これにより、設計パターンより大きなサイズのレジ
ストパターンの領域を中心に等方性のエッチングが施さ
れた。

【００２６】ついで、平行平板電極型の高周波プラズマ
発生装置を用いて、酸素ガスと窒素ガスとの体積比１
５：８５の混合ガスを導入し、エッチングを行った。３
０Ｐａの減圧した、１５０Ｗの電力で１２０秒処理し、
異方性エッチングを施した。この結果、被エッチング領
域上の残膜は完全に除去された。

【００２７】こうして得られたレジストパターンをエッ
チングマスクとして、第１の実施例と同様にクロム／ク
ロム酸化物よりなる遮光膜をエッチングした。レジスト
除去後、基板内の寸法の一様性を測定したとこり、ばら
つきの範囲は、±３６ｎｍまで減少していた。

【００２８】［第３の実施例］図６を参照して第３の実
施例を説明する。図６において、設計線幅をＬ、設計中
心位置をＤ、形成されたレジストパターンの中心位置を
Ｆで示す。

【００２９】まず、前記第１の実施例と同様な方法によ
り、レジストパターンを形成した。その精度を測定した
結果、位置精度が不十分で、パターン領域の右上の領域
で、外側に最大１１５ｎｍの位置ずれが発生しているこ
とが確認された（図４（ａ）：この図には３つのパター
ン６１、６２、６３が示されている）。

【００３０】このレジストパターンを形成した基板を平
行平板電極を有するプラズマ重合デポジション装置に設
置し、エチレンガスを導入してポリエチレンを０．０７
５μｍの厚さに成膜し図６（ｂ）に示すようなパターン
６１’、６２’、６３’を得た。この成膜はパターンの
中心位置ずれの生じた領域において磁場によりプラズマ
の増大を図り、最大差のパターン部分で、パターンの左
右で膜厚の差を２倍まで増加させた。ポリエチレン膜
は、磁場の方向性により、レジストパターンの側壁では
一方の側では０．１μｍの膜厚で、他方の側では０．０
５μｍの膜厚で形成されていた。エチレンガスの導入を
磁場を印加した部分の一方の側から供給した結果、この
ようにパターンに対して非対称にポリエチレン皮膜が形
成されたものと考えられる。

【００３１】ついで、エッチング装置に基板を設置し、
異方性エッチングを行い、レジスト膜厚に換算して０．
１５μｍのエッチングを行って図６（ｃ）に示すような
レジストパターン６１”、６２”、６３”を得た。得ら
れたレジストの線幅は設計寸法より約０．０２５μｍ大
きかったが、線幅のばらつきは、±５０ｎｍの範囲内に
入っていた。ここで、ニコン社製光波３ｌにより、位置
精度を測定し、面内のばらつきを評価した結果、最大１
１５ｎｍあった位置ずれが、５０ｎｍの位置ずれまで減
少していた。

【００３２】しかる後、得られたレジストパターンをエ
ッチングマスクとして、第１の実施例と同様に遮光膜の
エッチング処理を施し、遮光膜パターンを形成した。得
られた遮光膜パターンの精度を測定した結果、寸法（線
幅）のばらつきは±５８ｎｍ、位置のばらつきは±４７
ｎｍの範囲内にあった。

【００３３】［第４の実施例］半導体素子形成のために
シリコン基板上に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はウェハーすべてについて同様
に、ノッチマークに近い基板の側では徐々に大きくな
り、最も大きな部分では許容値を０．０５μｍはずれて
いた。これらウェハーを図３に関して説明したドライエ
ッチング装置にて部分的にデスカムした。磁場の強い部
分に希釈酸素ガスを導入し、９０秒間エッチング処理を
行ったところ、デスカム量は磁場の最も強い部分では
０．０４μｍに達していた。エッチング後、ウェハー面
内のレジストの線幅を測定した結果、０．４５μｍの設
計線幅に対して、０．４４±０．０３μｍの線幅が達成
され、素子形成上問題のない値であった。

【００３４】以上本発明を実施例により説明したが、本
発明はこれらに限定されるものではない。すなわち、上
記実施例においては、レジストパターンをエッチングマ
スクとして使用する例を示したが、本発明は、リフトオ
フ工程で用いられるパターンの形成にも適用できる。ま
た、上記実施例ではエッチング等の処理を一部の領域を
中心としてエッチング量またはデポジション量を増加さ
せたたが、これら処理量を減少させるようにしてもよ
い。また、上記実施例では、デポジョション膜として有
機材料を使用する例を示したが、シリコン系の材料であ
ってもよい。

【００３５】

【発明の効果】以上述べたように、本発明によれば、比
較的簡単な手法により設計値からのずれを補正したレジ
ストパターンを得ることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明を説明するためのレジストパターンの断
面図。

【図２】本発明に使用し得るドライエッチング装置の概
略図。

【図３】本発明に使用し得るドライエッチング装置を説
明するための概略断面図。

【図４】本発明の一実施例を説明するためのレジストパ
ターンの断面図。

【図５】本発明の一実施例を説明するためのレジストパ
ターンの断面図。

【図６】本発明の他の実施例を説明するためのレジスト
パターンの断面図。

【符号の説明】

１１，１２，１３，４１，５１，５２，５３，６１，６
２，６３…レジストパターン

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 基板上に形成されたレジスト膜にパター
   ン状に露光を行って現像処理を施し、レジストパターン
   を形成するパターン形成方法において、デポジションお
   よび／またはエッチング処理をその処理量を該現像処理
   後形成されたレジストパターンの設計に対するずれに対
   応させて行い、パターンのずれを補正することを特徴と
   するレジストパターンの形成方法
2. 【請求項２】 基板上の少なくとも一部の領域内のレジ
   ストパターンに対して非対称的なエッチング処理を行う
   請求項１記載のレジストパターンの形成方法。
3. 【請求項３】 レジストパターンに対して有機材料の堆
   積を主体とするデポジション処理を行い、ついで異方性
   エッチング処理を行って堆積された有機材料を部分的に
   エッチング除去する請求項１記載のレジストパターンの
   形成方法。