JPH11329939A

JPH11329939A - 半導体装置の製造方法

Info

Publication number: JPH11329939A
Application number: JP10138426A
Authority: JP
Inventors: Jiro Yamamoto; 治朗山本; Toshiyuki Yoshimura; 俊之吉村; Fumio Murai; 二三夫村井; Tsuneo Terasawa; 恒男寺澤
Original assignee: Hitachi Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd
Priority date: 1998-05-20
Filing date: 1998-05-20
Publication date: 1999-11-30
Anticipated expiration: 2018-05-20
Also published as: JP3904329B2

Abstract

(57)【要約】【課題】化学増幅系レジストを用いたリソグラフィ工程
を高い寸法制御性と高い処理速度で行う半導体装置の製
造方法を提供すること。【解決手段】半導体基板上に、化学増幅系のレジスト層
１０２を形成し、レジスト層１０２の第１のパターン領
域に第１のエネルギー線１０３を照射し、第１の熱処理
を行って第１のレジスト反応部１０６とし、さらに第２
のパターン領域に第２のエネルギー線１０８を照射し、
必要ならばさらに第２の熱処理を行って第２のレジスト
反応部１１０とし、現像する工程を有する半導体装置の
製造方法。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、半導体装置の製造
方法に係り、特に化学増幅系レジストを用いた半導体装
置の製造方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】半導体製造のためのリソグラフィ工程に
用いられるレジストは、現在解像度の向上とともに高感
度化の研究が盛んに行われている。レジストの高感度化
は、短い描画時間で多くのパターンの形成を可能とし、
半導体集積回路等を量産性よく製造することができる。
レジストの高感度化を達成するための一つとして化学増
幅系レジストと呼ばれるものがある。例えば、「レジス
ト材料・プロセス技術」１０４〜１１２頁、技術情報協
会、（１９９１年）に記述されているように、化学増幅
系レジストでは、光、電子線、Ｘ線等のエネルギー線の
照射により、まず酸を発生させる。発生した酸は、描画
工程に引き続いて行う熱処理工程中に進行するレジスト
の難溶化又は易溶化の反応の際の触媒として作用する。
以下、図２に従い化学増幅系ネガ型レジストを用いた従
来法の工程を説明する。

【０００３】まず図２（ａ）に示すように、被加工基板
２０１上に架橋剤であるヘキサメトキシメチルメラミン
と、触媒となる酸を発生するための酸発生剤である１、
３、５―トリス（ブロモアセチル）ベンゼンと、基底樹
脂であるクレゾールノボラック樹脂の三成分からなる化
学増幅系ネガ型レジストを０．２μｍの厚さに回転塗布
し、プリベークを行い、レジスト層２０２を形成する。

【０００４】次に、図２（ｂ）に示すように所定の位置
にエネルギー線２０３を照射し、被照射部分に選択的に
酸２０４を発生させる。酸２０４の発生した部分を酸発
生部２０５とする。その後、第１の熱処理を行い、照射
によって発生した酸を触媒として、架橋剤の架橋反応を
促進し、レジストを現像液に対して易溶性から難溶性に
変化させ、レジスト反応部２０６を形成する。また、こ
のとき酸触媒が拡散することにより、反応領域が広がる
ため、酸発生部２０５の領域よりレジスト反応部２０６
の領域が大きくなる（図２（ｃ））。その後、現像処理
を行い、所定のレジストパターン２０７を形成する（図
２（ｄ））。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】化学増幅系レジストは
エネルギー線照射後に行う熱処理条件によって、パター
ンを形成するために必要なエネルギー線照射量が変化す
る。これはエネルギー線照射によって発生した触媒が、
熱処理によって拡散し、レジスト反応を促進するためで
ある。そのため、エネルギー線照射後に行う熱処理温度
を高くした場合、触媒の熱拡散距離が大きくなると同時
にレジスト反応が促進されるため、少ないエネルギー線
照射量でパターン形成することが可能となる。少ないエ
ネルギー線照射量は、エネルギー線の照射時間を短くす
ることができる。しかし、触媒の熱拡散距離が大きくな
った場合、レジスト反応がエネルギー線の照射された領
域に留まらず、未照射領域にまで広がることになる。従
って、エネルギー線の照射領域と未照射領域との境界部
分コントラストが小さくなる。その結果、後の現像条件
のわずかな差で、形成されるパターン寸法が変化するこ
ととなり、高い寸法制御性を達成することができなかっ
た。

【０００６】逆に、熱処理温度を低くした場合、触媒の
熱拡散距離が小さくなり、高い寸法制御性を得ることが
可能となる。しかし、パターンを形成するために必要な
エネルギー線照射量が大きくなるため、被加工基板の処
理速度の低下を招いた。つまり従来は高い寸法制御性と
高い処理速度を両立することが困難であった。

【０００７】本発明の目的は、高い寸法制御性と高い処
理速度を有する半導体装置の製造方法を提供することに
ある。

【０００８】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、本発明の半導体装置の製造方法は、半導体基板上
に、化学増幅系レジストの塗膜を形成し、この塗膜の第
１のパターン領域に第１のエネルギー線を照射し、第１
の熱処理を行い、さらに塗膜の第２のパターン領域に第
２のエネルギー線を照射し、現像するようにしたもので
ある。この半導体装置の製造方法で、第２のエネルギー
線の照射後に、第１の熱処理の温度以下の温度で第２の
熱処理を行ってもよい。

【０００９】一般に半導体装置の製造方法でパターンを
形成するとき、形成されるパターン領域は、高い寸法制
御性が要求されるパターン領域と、要求されないパター
ン領域がある。本発明では、高い寸法制御性が要求され
るパターン領域と要求されないパターン領域の描画及び
その後の熱処理工程を別にするようにした。

【００１０】高い寸法制御性が要求されないパターン領
域を先に描画する場合は、高い寸法制御性を要求されな
いパターン領域に、第１のエネルギー線照射を行う。こ
のパターン領域は、照射後に行う第１の熱処理工程によ
り酸触媒が拡散し、レジスト反応が促進されるため、寸
法制御性が劣化するが少ないエネルギー線照射量でよ
い。

【００１１】次に、寸法制御性の要求の高いパターン領
域に第２のエネルギー線照射を行う。その後、必要なら
第２の熱処理を行い、次に、現像処理を行って所定のレ
ジストパターンを形成する。第２のエネルギー線照射に
よって発生した酸触媒は、第２の熱処理を行うときはそ
れによってのみ熱拡散が生じる。従って、第１、第２の
エネルギー線照射によって発生した酸触媒の拡散距離が
それぞれ異なる。上述のように、第１のエネルギー線照
射により形成されたパターン領域は寸法制御性が低いも
のの少ないエネルギー線照射量で形成できる。第２のエ
ネルギー線照射により形成されたパターン領域は多くの
エネルギー線照射量を必要とするが高い寸法制御性で形
成できる。

【００１２】また、寸法制御性の要求の高いパターン領
域が多いときは、上記のように処理すると第２のエネル
ギー線照射後に行う第２の熱処理温度が低いため、第２
のエネルギー線照射処理時間があまりにも長くなること
がある。この場合、次のようにしてもよい。すなわち、
第１のエネルギー線照射装置として微細加工性が優れて
いるものの処理時間が長い装置を用い、第２のエネルギ
ー線照射装置として、第１のエネルギー線照射装置と比
較し微細加工性は劣るものの処理時間の早い装置を使用
する。ここで、第１のエネルギー線照射後に行う第１の
熱処理条件は、電子線照射量裕度、形成されたパターン
形状等から判断して、最も優れた条件とするとさらによ
い。また、第２の熱処理温度は、第１の熱処理温度より
十分に低くする必要がある。十分に低くすることにより
酸の拡散を抑制することが可能となり、第１のエネルギ
ー線照射領域の寸法精度を高く維持することができる。

【００１３】第１及び第２の熱処理の好ましい温度範囲
は、厳密には用いる化学増幅系レジストによって異な
る。しかし、大体の値は、第１の熱処理では、１００℃
から１２０℃の範囲、第２の熱処理では、室温から１１
０℃の範囲である。第２の熱処理温度は第１の熱処理温
度と同じでもよいが、一般的には５℃から２０℃の範囲
で低い温度とすることが好ましく、５℃から１２℃の範
囲で低い温度とすることがより好ましい。

【００１４】また、本発明では次のような方法を用いる
ことが好ましい。すなわち、第１のパターン領域と第２
のパターン領域は分離して配置されているとき、第１及
び第２の熱処理工程の温度は、第１及び第２のパターン
領域がそれぞれ上記第１及び第２の熱処理工程により拡
大する距離の大きな方と第１のエネルギー線の照射と第
２のエネルギー線の照射との合わせ誤差量の合計が、第
１のパターン領域と上記第２のパターン領域との間隔の
最も狭い距離より小さくなるような温度とすることであ
る。ここで拡大する距離とは、例えばあるパターンが左
右にａずつ拡大したとすれば２ａとなる。

【００１５】また、第１及び第２のパターン領域の一部
が互いに重なって配置されているときは、この重なる距
離を、第１のエネルギー線の照射と第２のエネルギー線
の照射との合わせ誤差量以上、合わせ誤差量の２倍以下
とすることが好ましい。これによって合わせ誤差が生じ
てもパターンの断線が生じることがない。

【００１６】また、本発明においては、第３のエネルギ
ー線の照射を行ってもよい。このときは、第２のエネル
ギー線の照射とその後の熱処理と第３のエネルギー線の
照射とその後の熱処理の関係を、上述した第１のエネル
ギー線の照射とその後の熱処理と第２のエネルギー線の
照射とその後の熱処理の関係と同様にすればよい。

【００１７】

【発明の実施の形態】以下、本発明のを実施の形態を図
面を用いて詳細に説明する。

【００１８】〈実施例１〉化学増幅系ネガ型レジストの
パターン形成に本発明を適用した場合について、図１を
用いて説明する。まず、被加工基板１０１上にノボラッ
ク樹脂、芳香族アジドである４、４’−ジアジド−３、
３’−ビフェニルベンゼン、酸発生剤である１、３、５
−トリスブロモアセチルベンゼンからなる化学増幅系レ
ジストを０．３μｍの厚さに回転塗布し、プリベークを
１００℃、２分間行いレジスト層１０２とした（図１
（ａ））。この化学増幅系レジストは、エネルギー線照
射後に熱処理をしなくても高感度であり、微細加工に適
している。

【００１９】次に、第１のエネルギー線１０３として一
括転写方式の電子線を所定の形状に従い、２５μＣ／ｃ
ｍ²の電子線照射量で選択的に照射し、酸１０４を発生
させ、第１の酸発生部１０５を形成した。この第１のエ
ネルギー線により照射する領域は、寸法精度の要求が設
計寸法の±３％を超えてもよいパターンとした（図１
（ｂ））。引き続き第１の熱処理工程を１００℃、２分
間行うことにより、第１のレジスト反応部１０６が生じ
た。第１のレジスト反応部１０６は、酸１０４が第１の
熱処理により拡散するため、第１の酸発生部１０５より
領域が５０ｎｍ程度大きくなった（図１（ｃ））。

【００２０】次に、第２のエネルギー線１０８として、
ガウシアン型の電子線を７５μＣ／ｃｍ²の電子線照射
量で描画した。この第２のエネルギー線は寸法精度の要
求が±３％以下のパターンのみに照射し、所定形状部分
に第２の酸発生部１０９を形成した（図１（ｄ））。こ
こで使用したレジストは、電子線照射量を７５μＣ／ｃ
ｍ²と大きくすることによって、エネルギー線照射後の
熱処理工程を行わなくても、第２の酸発生部１０９が生
じると共に、第２のレジスト反応部１１０が形成される
（図１（ｅ））。

【００２１】次に、前記試料をテトラメチルアンモニウ
ムハイドロオキサイドの２．３８％水溶液に２分間浸漬
させて現像処理を行うことによって、レジストパターン
１０７が得られた（図１（ｆ））。

【００２２】本実施例のように第２のエネルギー線とし
て、微細加工性が非常に高い特性をもつガウシアン方式
の電子線を用いることによって、非常に微細なパターン
を形成することが可能となった。さらには、本実施例で
は、第２のエネルギー線照射の後に熱処理工程を行って
いないため、第２のエネルギー線照射部の酸拡散は殆ど
なく、第２のエネルギー線照射による潜像を高く維持す
ることが可能となり、高い寸法精度を実現できた。

【００２３】また、全エネルギー線照射をスループット
の遅いガウシアン方式の電子線を用いた場合、非常に長
い処理時間が必要となる。そこで、本実施例のように寸
法精度の要求の低い部分をガウシアン方式の電子線より
スループットの高い一括転写方式の電子線を利用し、さ
らには、第１のエネルギー線照射の後に第１の熱処理工
程を行うことにより、スループットの向上ができた。

【００２４】以上の工程により形成されるパターンは、
被加工基板の処理時間を著しく低下させることなく、寸
法精度高く形成することが可能となった。なお、一括転
写方式の電子線の代わりに可変矩形方式の電子線を利用
してもよい。

【００２５】この化学増幅系レジストを用いたとき、第
１の熱処理工程の好ましい温度範囲は、１００℃から１
２０℃である。また、第２のエネルギー線照射の後に、
第２の熱処理工程は行わなかったが、第２の熱処理工程
を行うときは、８０℃から１１０℃の範囲とすることが
好ましい。

【００２６】なお、熱処理の温度を高くする代わりに、
熱処理の時間を長くしても触媒の熱拡散距離は大きくな
る。しかし、触媒の熱拡散距離は、熱処理時間を２〜３
倍程度長くするよりも熱処理温度を１０℃高くした方が
はるかに大きい場合が多い。熱処理時間を大幅に長くす
ることは、全体の処理時間を長くするので好ましくな
い。

【００２７】〈実施例２〉化学増幅系ネガ型レジストの
パターン形成に本発明を適用した別の実施例について、
図３を用いて説明する。まず、被加工基板３０１上にシ
プレイ社製の化学増幅系ネガ型レジストＳＡＬ６０１を
０．１５μｍの厚さに回転塗布し、プリベークを１１０
℃、２分間行いレジスト層３０２とした（図３
（ａ））。この化学増幅系ネガ型レジストは高感度であ
り、さらに熱処理による効果が大きい。

【００２８】次に、第１のエネルギー線３０３として、
Ｘ線照射装置によりＸ線を所定の形状に従い、２０ｍＪ
／ｃｍ²でマスクを通して照射し、酸３０４を発生さ
せ、第１の酸発生部３０５を形成した。この第１のエネ
ルギー線は０．２０μｍ以上のパターンに照射した（図
３（ｂ））。引き続き第１の熱処理工程を１２０℃、２
分間行い、第１のレジスト反応部３０６を生じさせた
（図３（ｃ））。

【００２９】次に、第２のエネルギー線３０８として、
可変矩形方式の電子線描画装置により電子線を５０μＣ
／ｃｍ²の電子線照射量で描画した。この第２のエネル
ギー線照射は０．２０μｍ未満の微細パターンとその周
辺のみに行い、所定形状部分に第２の酸発生部３０９を
形成した（図３（ｄ））。

【００３０】次に、第２の熱処理工程を第１の熱処理温
度より低い温度の９０℃にて２分間行い、第２のレジス
ト反応部３１０を形成した。第２のレジスト反応部３１
０は、第２の酸発生部３０９より領域が１０ｎｍ程度大
きくなった。また、このとき第１のエネルギー線３０３
により発生した酸も拡散し、第三のレジスト反応部３１
１が形成した（図３（ｅ））。ただし、第２の熱処理工
程は、第１の熱処理工程より低い温度で行われたため、
第２の熱処理工程による酸の拡散距離は、第１の熱処理
工程によるものよりも十分小さい。そのため第三のレジ
スト反応部３１１は、第２のレジスト反応部の寸法がわ
ずかに大きくなっただけである。次に、前記試料をシプ
レイ社製のＭＦ−３１２現像液に２分間浸漬させ現像処
理を行い、レジストパターン３０７が得られた（図３
（ｆ））。

【００３１】以上のように第２の熱処理工程を行うこと
によって、寸法精度は第２の熱処理工程を行わないもの
と比較するとわずかに劣化した。しかし、所定の寸法精
度と比較し、第２のエネルギー線の寸法精度が高いた
め、第２の熱処理工程を行っても、所定の寸法精度を実
現することができた。或いは逆に、第２の熱処理温度を
所定の寸法精度が実現できる温度以下と設定することに
より、寸法精度を高く維持することも可能である。例え
ば、第２の酸発生部３０９の領域の拡大を５ｎｍ程度に
したければ、第２の熱処理の温度を８０℃程度にすれば
よい。また、第２の熱処理工程を行うことによってレジ
スト感度を向上することが可能となるため、第２のエネ
ルギー線照射に必要とされる時間を大幅に向上すること
が可能となった。以上の工程により、寸法精度を高く維
持しながら、被加工基板の処理時間を高くすることが可
能となった。

【００３２】〈実施例３〉化学増幅系ポジ型レジストの
パターン形成に本発明を適用した場合について、図４を
用いて説明する。実施例１と同様に、被加工基板４０１
上にテトラヒドロピラニル化ポリビニルフェノール、メ
タンスルホン酸ベンゼン、ノボラック樹脂の三成分から
なる化学増幅系ポジ型レジストを０．２μｍの厚さに回
転塗布し、１２５℃、２分間プリベークを行いレジスト
層４０２とした（図４（ａ））。この化学増幅系ポジ型
レジストは、光、例えば、ＫｒＦエキシマレーザ光等に
対して高感度である。

【００３３】その後、第１のエネルギー線４０３とし
て、ＫｒＦエキシマレーザ光を１２．０ｍＪ／ｃｍ²の
露光量となるように照射し、照射部分に酸４０４を発生
させた。この部分が第１の酸発生部４０５である。この
第１のエネルギー線照射は、０．５μｍ以上のパターン
にのみ行った（図４（ｂ））。引き続き第１の熱処理工
程を１１０℃、３分間行い、第１のレジスト反応部４０
６を生じさせた（図４（ｃ））。

【００３４】次に、第２のエネルギー線４０８として、
電子線を用いて５μＣ／ｃｍ²の照射量で描画した。こ
の第２のエネルギー線照射は０．５μｍ未満のパターン
とその周辺のみを描画し、所定形状部分に第２の酸発生
部４０９を形成した（図４（ｄ））。次に第２の熱処理
工程を１１０℃にて２分間行い、第２のレジスト反応部
４１０を形成した。このとき第２の熱処理工程は、第１
の熱処理工程と同じ温度であり、つまり第１のエネルギ
ー線照射によって発生した酸は第１、第２の熱処理工程
により、合計１１０℃、５分間拡散し、第三のレジスト
反応部４１１が生じる。一方、第２のエネルギー線照射
によって発生した酸は、第２の熱処理、すなわち１１０
℃、２分間熱処理によって拡散するのみである（図４
（ｅ））。

【００３５】次に、前記試料をテトラメチルアンモニウ
ムハイドロオキサイドの２．３８％水溶液に２分間浸漬
させ現像処理を行い、レジストパターン４０７が得られ
た（図４（ｆ））。

【００３６】以上のように、第１のエネルギー線とし
て、スループットが非常に高いＫｒＦエキシマレーザ光
のような光線を、第２のエネルギー線として、スループ
ットは光線のものと比較して劣るものの寸法精度が高い
電子線を用いることにより、高スループットと寸法精度
を実現できた。

【００３７】以上の工程により形成されるパターン（第
２のエネルギー線により形成されたパターン）は、例え
ば、０．３０μｍのパターンで従来１５％以上であった
パターン寸法変動を１０％以下の６％に低減することが
可能となった。

【００３８】〈実施例４〉本実施例では、特に寸法精度
の要求の高い領域が多い場合について、図５を用いて説
明する。まず、被加工基板５０１上にシプレイ社製の化
学増幅系ネガ型レジストＳＡＬ６０１を０．４０μｍの
厚さに回転塗布し、プリベークを１２０℃、２分間行い
レジスト層５０２とした（図５（ａ））。

【００３９】その後、第１のエネルギー線５０３とし
て、電子線描画装置により所定の形状に従い電子線を２
０μＣ／ｃｍ²照射し、酸５０４を発生させ、第１の酸
発生部５０５を形成した。この第１のエネルギー線は、
０．３０μｍ未満の微細パターンとその周辺に照射した
（図５（ｂ））。

【００４０】引き続き第１の熱処理工程を１１０℃、２
分間行い、第１のレジスト反応部５０６を形成した（図
５（ｃ））。この１１０℃、２分間の熱処理条件は、
０．３μｍ未満、特に本実施例での最小加工寸法である
０．１５μｍのパターンを形成したときに、電子線照射
量裕度、形成されたパターン形状等から判断して、最も
優れた条件であった。

【００４１】次に、第２のエネルギー線５０８として、
所定のマスクを通してＫｒＦエキシマレーザ光を９０ｍ
Ｊ／ｃｍ²の露光量で照射した。この第２のエネルギー
線照射は０．３０μｍ以上のパターンに行い、所定形状
部分に第２の酸発生部５０９を形成した（図５
（ｄ））。

【００４２】本実施例のように第１のエネルギー線照射
領域と第２のエネルギー線照射領域が分離している場
合、各エネルギー線間の最小のパターン間隔を、第１の
エネルギー線の最小設計寸法０．３μｍ、第２のエネル
ギー線の最小設計寸法０．１５μｍのうち、最小設計寸
法の大きい０．３μｍとした。これは、次の理由によ
る。本実施例で使用した第２のエネルギー線照射領域の
微細加工性は第１のエネルギー線のものと比較し低く、
最小設計寸法の０．３μｍ未満のパターンになると寸法
精度が悪化する。そのため第１のエネルギー線照射領域
が第２のエネルギー線照射領域の０．３μｍ未満になる
と互いに影響を及ぼし、本来分離されるべきパターンが
分離されずショートしてしまう可能性が高くなる。以上
のことから、各エネルギー線照射領域間の間隔は、各エ
ネルギー線照射の最小設計寸法の大きな方の寸法以上離
すことにより、信頼性高くパターンを形成することがで
きた。

【００４３】なお、この場合、実際には形成すべきパタ
ーンは予め定まっている。よって、第１及び第２の熱処
理工程の温度を、第１及び第２のパターン領域がそれぞ
れ第１及び第２熱処理工程により拡大する距離の大きな
方と第１のエネルギー線の照射と第２のエネルギー線の
照射との合わせ誤差量の合計が、第１のパターン領域と
第２のパターン領域との間隔の最も狭い距離より小さく
なるような温度とするのがよい。

【００４４】次に、第２の熱処理工程を第１の熱処理温
度より低い温度の９０℃にて２分間行い、第２のレジス
ト反応部５１０を形成した。このとき第１のエネルギー
線５０３により発生した酸も、第２の熱処理工程中に拡
散し、第三のレジスト反応部５１１が形成される。ただ
し、第２の熱処理工程は、第１の熱処理工程より十分に
低い温度で行われたため、第２の熱処理工程による酸の
拡散距離は、第１の熱処理工程によるものよりも十分小
さい。そのため、第三のレジスト反応部５１１は第１の
レジスト反応部５０６の寸法とほとんど変化はなかった
（図５（ｅ））。

【００４５】次に、前記試料をシプレイ社製のＭＦ−３
１２現像液に２分間浸漬させて現像処理を行い、レジス
トパターン５０７が得られた。以上の工程により本実施
例での最小加工寸法０．１５μｍのパターンも寸法精度
５％以下で形成することが可能となった（図５
（ｆ））。

【００４６】本実施例では、第１のエネルギー線照射に
寸法精度は高いものの処理時間が長い照射装置、本実施
例では電子線を、第２のエネルギー線照射に寸法精度は
低いものの処理時間が短い照射装置、本実施例ではＫｒ
Ｆエキシマレーザステッパを使用する構成とした。寸法
精度の要求の高い領域が多い、或いは寸法精度の要求の
高い領域を照射する処理時間が非常に遅い場合、照射後
の熱処理温度を低くすることによって、さらに処理時間
が長くなり、スループットの低下が大きくなった。その
場合、本実施例のように、寸法精度の要求の高い領域に
第１のエネルギー線を照射後、第１の熱処理を行い、次
に寸法精度の要求の高くない領域に第２のエネルギー線
を照射後、第２の熱処理を第１の熱処理より十分に低い
温度で行なうことが有効である。そうすることによっ
て、寸法精度の要求の高い領域の処理に要する時間を短
縮することが可能となり、スループットの低下を生じる
ことなくパターンを形成することが可能となった。ただ
し、寸法精度の要求の高い領域の寸法精度は、実施例３
の場合よりは劣化する。

【００４７】なお、前述のように、本発明では第３のエ
ネルギー線照射を行ってもよい。このとき第１のエネル
ギー線照射領域及び第３のエネルギー線照射領域の間の
最小のパターン間隔並びに第２のエネルギー線照射領域
及び第３ののエネルギー線照射領域の間の最小のパター
ン間隔をそれぞれ本実施例で述べたように各エネルギー
線照射の最小設計寸法の大きな方の寸法以上離すことが
好ましい。

【００４８】〈実施例５〉本発明のパターン形成方法の
他の実施例を図６を用いて説明する。被加工基板６０１
上にテトラヒドロピラニル化ポリビニルフェノール、メ
タンスルホン酸ベンゼン、ノボラック樹脂の三成分から
なる化学増幅系ポジ型レジストを０．３μｍの厚さに回
転塗布し、１２５℃、２分間プリベークを行いレジスト
層６０２とした（図６（ａ））。

【００４９】次に、第１のエネルギー線６０３として可
変矩形方式の電子線により、２．５μＣ／ｃｍ²の照射
量でエネルギー線照射を行い、照射部分に酸６０４を発
生させた。その部分が第１の酸発生部６０５である。エ
ネルギー線が照射される領域は、所定のパターンの外周
線から０．１μｍ小さい領域である（図６（ｂ））。引
き続き第１の熱処理工程を１１０℃、２分間行い、第１
のレジスト反応部６０６を生じさせた（図６（ｃ））。

【００５０】次に、第２のエネルギー線６０８として、
第１のエネルギー線と同一装置である可変矩形方式の電
子線により１２μＣ／ｃｍ²の電子線照射量で描画し、
第２の酸発生部６０９を形成した。この第２のエネルギ
ー線照射領域は、上記の所定のパターンの外周線からパ
ターン内部に０．１μｍ入った領域（以下、パターン輪
郭部分という）である。上記の所定のパターンの内のパ
ターン寸法０．２μｍ以下の領域は、全てパターン輪郭
部分に相当し、この部分は第１のエネルギー線の照射を
行わないで、第２のエネルギー線により一度に照射する
ことになる（図６（ｄ））。

【００５１】次に、第２の熱処理工程を１００℃にて２
分間行ない、第２のレジスト反応部６１０を形成した。
このとき、第１のエネルギー線照射によって発生した酸
は第１、第２の熱処理工程により拡散し、第３のレジス
ト反応部６１１が生じた。つまり本実施例では、パター
ンの外周線から０．１μｍ以上レジスト内部の領域は、
寸法精度が低くなるものの、その部分はパターンの輪郭
部分と重なるので寸法精度に影響を与えない。そして第
１のエネルギー線照射の後の熱処理工程温度を高くした
ことにより、レジスト感度が向上により、高スループッ
トを可能とした。また、パターンの輪郭部分及び所定寸
法以下のパターンは、レジスト感度は低くなるものの、
高い寸法精度が実現できるよう、第２のエネルギー線照
射後の熱処理工程温度を低くした（図６（ｅ））。

【００５２】次に、前記試料をテトラメチルアンモニウ
ムハイドロオキサイドの２．３８％水溶液に２分間浸漬
させ現像処理を行い、レジストパターン６０７が得られ
た（図６（ｆ））。

【００５３】本実施例のようなパターン形成方法を用い
ることにより、寸法精度に影響を与えるパターンの輪郭
部分については寸法精度を高く、それ以外のパターン内
部については、エネルギー線照射時間を短縮することが
可能となり、高寸法精度と高スループットが実現可能と
なった。さらに、パターン輪郭部分の解像性が高いた
め、大きなパターンと小さなパターンとが近接している
場合でも適用可能となる。領域を分解する方法は、設計
パターンから描画データ或いはマスクデータに変換する
ときに図形分解機能を通すことにより簡単に変換するこ
とが可能である。

【００５４】本実施例では、第１のエネルギー線と第２
のエネルギー線ともに同一の可変矩形型の電子線描画装
置を用いた。このような場合、装置の購入に必要となる
費用は、２種類の装置を購入するより安価となる。ま
た、同一の装置を使用する場合、歪み補正残りなどの傾
向が同じになるため、２つのエネルギー線照射領域間の
合わせ誤差について小さくなることが期待できる。

【００５５】以上の工程により形成されるパターンは、
例えば０．１８μｍのパターンで従来１５％以上であっ
たパターン寸法変動を１０％以下の６％に低減すること
が可能となった。

【００５６】〈実施例６〉図７を用いて、本発明を適用
する処理装置について説明する。図７に示すように、本
処理装置は、第１のウェハ保持台７０１と、第１のエネ
ルギー線照射装置７０２として一括転写法の電子線描画
装置と、第２のエネルギー線照射装置７０３としてガウ
シアン型の電子線描画装置と、室温から３００℃まで可
変の第１の熱処理装置７０４及び第２の熱処理装置７０
５、第２のウェハ保持台７０６、それぞれの処理を連続
して行うための搬送装置７０７で構成されている。第１
のエネルギー線照射装置７０２の一括転写型電子線描画
装置は、寸法精度の要求の低い領域を描画する。一方、
第２のエネルギー線照射装置７０３のガウシアン型電子
線描画装置は、寸法精度の要求の高い領域を描画する。

【００５７】第１、第２のウェハ保持台７０１、７０６
は、ウェハカセット７０８を有する。第１及び第２の熱
処理装置７０４、７０５においては、ヒーター７０９に
より被処理基板を加熱し、温度測定器７１０により温度
を測定し、フィードバックをかけながら所定温度に調整
する。搬送装置７０７は回転軸７１１を回転することに
よって、被処理基板７１２を搬送する。

【００５８】本実施例の処理構成とすることによって、
被処理基板を連続して処理することが可能となり、スル
ープットの向上が可能となった。また、本実施例のよう
に、第１のエネルギー線照射装置と第２のエネルギー線
照射装置が異なっている場合、第１のエネルギー線照射
装置に処理速度を、第２のエネルギー線照射装置に解像
性を重視した装置構成とすることが可能となり、それに
よって解像性を向上することが可能となった。

【００５９】さらに、第１のエネルギー線照射装置と第
２のエネルギー線照射装置との間に、スループットが異
なる場合、装置の稼動時間の低下が生じる。そのため、
ここではエネルギー線照射装置として２台しか使用して
いないが、さらに複数台つなげることにより、さらにス
ループットの向上が期待できる。

【００６０】また、本実施例では特に解像性を重視した
ため特性の異なるエネルギー線照射装置を使用した。一
方、スループットを重視した場合、同一タイプのエネル
ギー線照射装置を複数台並べたいわゆるクラスター化が
行うことにより、スループットの向上と装置の稼働率の
向上が得られる。これは同一の装置により、寸法精度の
要求の高いパターン及び低いパターン共に描画可能であ
るため、処理の終了した装置が終了していない被処理基
板の処理を行うことが可能となる。そのため、相互に処
理を補完でき、装置の稼動時間向上引いてはスループッ
トの向上が期待できる。

【００６１】〈実施例７〉図８を用いて、本発明を適用
した処理装置について説明する。図８（ａ）は処理装置
の側面図、図８（ｂ）はその平面図である。図８に示す
ように、本処理装置は、第１のウェハ保持台８０１、第
２のウェハ保持台８０２とエネルギー線照射装置８０３
として電子線描画装置と、第３のウェハ保持台８０４、
室温から３００℃まで可変の熱処理装置８０５、それぞ
れの処理を連続して行うための第１の搬送装置８０６、
第２の搬送装置８０７で構成される。

【００６２】第１、第２、第３のウェハ保持台８０１、
８０２、８０４はウェハカセット８０８を有する。熱処
理装置８０５は、温度測定器８１２により温度を測定
し、フィードバックをかけながらヒーター８１１により
温度を調整する。第１の搬送装置８０６は回転軸８０９
を回転することにより第１のウェハ保持台８０１からエ
ネルギー線照射装置８０３に被処理基板８１０を搬送す
る。エネルギー線照射装置８０３により、第１のエネル
ギー線として、寸法の大きな領域又は寸法精度の要求の
低い領域に電子線を照射する。電子線を照射された被処
理基板は第２の搬送装置８０７にて、エネルギー線照射
装置８０３から熱処理装置８０５に搬送される。所定の
熱処理が終了した被処理基板８１０は、第２の搬送装置
８０７により熱処理装置８０５からエネルギー線照射装
置８０３に搬送される。さらに、エネルギー線照射装置
８０３により第２のエネルギー線照射が行われた被処理
基板は第１の搬送装置８０６によりウェハ保持台８０２
に搬送される。

【００６３】以上は被加工基板の処理枚数が１枚の場合
である。処理枚数が多くなった場合、エネルギー線照射
装置又は熱処理装置との処理時間の差により処理待ち時
間が生じる。その場合、第１のエネルギー線照射工程か
ら第１の熱処理工程、第１の熱処理工程から第２のエネ
ルギー線照射工程への搬送の際、次処理工程が終了して
いない場合、第２の搬送装置８０７の回転軸８０９を回
転させることにより第３のウェハ保持台に搬送する。そ
の後、次処理装置での処理が可能となった後に第２の搬
送装置８０７の回転軸８０９を回転させることにより次
処理工程に搬送する。

【００６４】本実施例の装置構成とすることによって、
被処理基板を連続して処理することが可能となり、スル
ープットの向上が可能となった。また、第１のエネルギ
ー線照射装置と第２のエネルギー線照射装置を同一とす
ることによって、装置コストの低減が可能となった。

【００６５】〈実施例８〉図９を用いて本発明の半導体
装置の製造方法の実施例を説明する。図９は、集積回路
装置を構成するものの一つであるトランジスタのゲート
部分の一部断面斜視図を用いた工程図である。被処理基
板９０１であるｐ型シリコン基板上に素子分離領域とし
て酸化シリコン膜９０２、ゲート酸化膜として酸化シリ
コン膜９０３が形成されている。また、ＣＶＤ（化学気
相成長）法により多結晶シリコン膜９０４が形成されて
いる。ここまでは通常のトランジスタの製造工程と同じ
である。次に、多結晶シリコン膜９０４上にシプレイ社
製の化学増幅系ネガ型レジストＳＡＬ６０１を０．３０
μｍの厚さに回転塗布し、プリベークを１００℃、２分
間行いレジスト層９０５とした。

【００６６】次に、第１のエネルギー線として可変矩形
方式の電子線を所定の形状に従い、５μＣ／ｃｍ²の電
子線照射量で選択的に照射し、第１の酸発生部を形成
後、第１の熱処理工程を１２０℃、２分間行い、第１の
レジスト反応部９０６を生じさせた。この第１のエネル
ギー線照射は、ゲートパターン以外の寸法制御性の要求
の低い領域に行った。

【００６７】次に第２のエネルギー線として、ガウシア
ンビーム方式の電子線を５０μＣ／ｃｍ²の電子線照射
量で描画した。この第２のエネルギー線照射は寸法制御
性の要求の高いゲートパターンと第１のエネルギー線照
射領域の接続部分のみに行い、所定形状部分に第２の酸
発生部９０７を形成した（図９（ａ））。

【００６８】本実施例では、第１と第２のエネルギー線
照射の位置ずれが生じた場合でも、接続部分に断線が生
じないように、接続部分は第１と第２のエネルギー線照
射領域が重なるようにした。ここでは、第１のエネルギ
ー線照射領域と第２のエネルギー線照射領域との合わせ
誤差は８０ｎｍであったため、第２エネルギー線照射領
域の、第１のエネルギー線照射領域との接続部分の長さ
を、合わせ誤差量より大きい１００ｎｍにすることによ
って、第１のレジスト反応部と重なりあるようにした。
そうすることにより、合わせ誤差が生じた場合でも、パ
ターンの断線が生じることなくパターンを形成すること
ができた。

【００６９】次に、第２の熱処理工程を第１の熱処理工
程より低い温度である１００℃、２分間行い、レジスト
反応を促進させ、次にシプレイ社製のＭＦ−３１２現像
液に２分間浸漬させることにより現像処理を行い、レジ
ストパターン９０８が得られた（図９（ｂ））。以上の
工程により、０．１μｍ以下のパターンを形成すること
が可能となった。

【００７０】その後ドライエッチング工程により、レジ
ストパターンをマスクとして多結晶シリコンのエッチン
グを行い、その後レジストを除去し、ゲート層９０９が
形成された（図９（ｃ））。

【００７１】その後は通常のトランジスタの製造工程と
同様に、イオン打ち込み装置によりＡｓ⁺を打ち込みｎ
拡散層９１０を形成した。次に、ホットキャリヤー効果
を抑制するためにドレイン電界を緩和するＬＤＤ（ライ
トリードープドドレイン）構造を形成するため、ゲ
ート側壁にＣＶＤ法により酸化シリコン膜９１１をサイ
ドウォールとして自己整合形成した。さらに、イオン打
ち込み装置によりＡｓ⁺のイオン打ち込みを行うことに
より、ｎ⁺拡散層９１２を形成した（図９（ｄ））。以
上の工程により、ゲート層の形成工程で、高いスループ
ットを保ちつつ微細加工ができ、高いデバイス特性を実
現することができた。

【００７２】本実施例では、実施例２と同様に、第２の
熱処理工程を第１の熱処理工程より低い温度で行った。
これと同様に、実施例１のパターン形成方法を適用し
て、第２の熱処理工程を行わない場合も、また、実施例
４のパターン形成方法を適用しても、同様に高いスルー
プットを保ちつつ微細加工ができ、高いデバイス特性を
実現することができた。

【００７３】また、本実施はゲート層の形成の例である
が、その他の部分の形成、例えば、配線工程やコンタク
トホール形成工程に適用できる。配線工程に適用すると
きの例を示す。シリコン基板上に半導体素子を形成し、
さらに層間絶縁膜、金属層を形成した後、実施例１と同
様に、この上にネガ型レジスト層を設け、次ぎに、寸法
制御性の要求の低いボンディングパット部分に第１のエ
ネルギー線照射、第１の熱処理を行い、さらに寸法制御
性の要求の高い配線部に第２のエネルギー線照射、第２
の熱処理を行う。その後現像してレジストパターンを形
成し、レジストパターンをマスクにして金属層をエッチ
ングする。

【００７４】また、コンタクトホール形成工程では、シ
リコン基板上に半導体素子を形成し、さらに層間絶縁膜
を設けた後、実施例３と同様に、この上にポジ型レジス
ト層を設け、次ぎに、寸法制御性の要求の低い周辺配線
部分に第１のエネルギー線照射、第１の熱処理を行い、
さらに寸法制御性の要求の高いコンタクトホール部分に
第２のエネルギー線照射、第２の熱処理を行う。その後
現像してレジストパターンを形成し、このレジストパタ
ーンをマスクにして層間絶縁膜をドライエッチングす
る。

【００７５】

【発明の効果】以上のように、本説明によれば、化学増
幅系レジストを用い、高い処理速度で、高い寸法制御性
を持つ半導体装置を製造することができた。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施例１の製造工程図。

【図２】従来の方法による製造工程図。

【図３】本発明の実施例２の製造工程図。

【図４】本発明の実施例３の製造工程図。

【図５】本発明の実施例４の製造工程図。

【図６】本発明の実施例５の製造工程図。

【図７】実施例６に示した本発明を適用する処理装置の
説明図。

【図８】実施例７に示した本発明を適用する処理装置の
説明図。

【図９】本発明の実施例８の製造工程図。

【符号の説明】

１０１、２０１、３０１、４０１、５０１、６０１…被
加工基板１０２、２０２、３０２、４０２、５０２、６０２、９
０５…レジスト層１０３、３０３、４０３、５０３、６０３…第１のエネ
ルギー線１０４、２０４、３０４、４０４、５０４、６０４…酸１０５、３０５、４０５、５０５、６０５…第１の酸発
生部１０６、３０６、４０６、５０６、６０６、９０６…第
１のレジスト反応部１０７、２０７、３０７、４０７、５０７、６０７、９
０８…レジストパターン１０８、３０８、４０８、５０８、６０８…第２のエネ
ルギー線１０９、３０９、４０９、５０９、６０９、９０７…第
２の酸発生部１１０、３１０、４１０、５１０、６１０…第２のレジ
スト反応部２０３…エネルギー線２０５…酸発生部２０６…レジスト反応部３１１、４１１、５１１、６１１…第３のレジスト反応
部７０１、８０１…第１のウェハ保持台７０２…第１のエネルギー線照射装置７０３…第２のエネルギー線照射装置７０４…第１の熱処理装置７０５…第２の熱処理装置７０６…第２のウェハ保持台７０７…搬送装置７０８…ウェハカセット７０９、８１１…ヒーター７１０、８１２…温度測定器７１１、８０９…回転軸７１２、８１０、９０１…被処理基板８０２…第２のウェハ保持台８０３…エネルギー線照射装置８０４…第３のウェハ保持台８０５…熱処理装置８０６…第１の搬送装置８０７…第２の搬送装置８０８…ウェハカセット９０２、９０３、９１１…酸化シリコン膜９０４…多結晶シリコン膜９０９…ゲート層９１０…ｎ拡散層９１２…ｎ⁺拡散層

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁶ 識別記号ＦＩＨ０１Ｌ 21/30 ５４１Ｍ５４１Ｓ５７０ (72)発明者寺澤恒男東京都国分寺市東恋ヶ窪一丁目280番地株式会社日立製作所中央研究所内

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】半導体基板上に、化学増幅系レジストの塗
膜を形成する工程と、上記塗膜の第１のパターン領域に
第１のエネルギー線を照射する工程と、第１の熱処理工
程と、上記塗膜の第２のパターン領域に第２のエネルギ
ー線を照射する工程と、現像工程を有することを特徴と
する半導体装置の製造方法。
【請求項２】上記第２のエネルギー線の照射後に、上記
第１の熱処理工程の温度以下の温度で第２の熱処理工程
を行うことを特徴とする請求項１記載の半導体装置の製
造方法。
【請求項３】上記第１のエネルギー線は、光又は電子線
であることを特徴とする請求項１又は２記載の半導体装
置の製造方法。
【請求項４】上記第２のエネルギー線は、光又は電子線
であることを特徴とする請求項１から３のいずれか一に
記載の半導体装置の製造方法。
【請求項５】上記第１のパターン領域と上記第２のパタ
ーン領域は分離して配置され、上記第１及び第２の熱処
理工程の温度は、上記第１及び上記第２のパターン領域
がそれぞれ上記第１及び第２熱処理工程により拡大する
距離の大きな方と上記第１のエネルギー線の照射と上記
第２のエネルギー線の照射との合わせ誤差量の合計が、
上記第１のパターン領域と上記第２のパターン領域との
間隔の最も狭い距離より小さくなるような温度とするこ
とを特徴とする請求項２記載の半導体装置の製造方法。
【請求項６】上記第１のパターン領域と上記第２のパタ
ーン領域はその一部が互いに重なって配置され、上記重
なる距離は、上記第１のエネルギー線の照射と上記第２
のエネルギー線の照射との合わせ誤差量以上であること
を特徴とする請求項１から４のいずれか一に記載の半導
体装置の製造方法。
【請求項７】上記第１のパターン領域は、上記塗膜の所
望のパターン領域の外周線より所望の距離だけ内側の領
域であり、上記第２のパターン領域は、上記所望のパタ
ーン領域の外周線から上記所望の距離の範囲の領域であ
ることを特徴とする請求項１から４のいずれか一に記載
の半導体装置の製造方法。