JPS6242421A - パタ−ン形成方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔発明の技術分野〕 本発明はレジストパターンの形成方法に関し・特にレジ
ストの現像終点を判定するのに使用されるものである。

〔発明の技術的背景とその問題点〕

近年、半導体装置の高集積化、高速化が非常な勢いで進
んでいる。これに伴い、半導体ウェハ上に形成される各
種回路パターンの微細化及びその寸法精度の高精度化が
要求されるようになってきている。

このような要求に応じて、種々の改良がなされている。

例えば、リングラフィ技術においては、マスクを通して
レジストを露光する際の光源として、従来の紫外線に代
えてより短波長のＸ線を使用することが研究されている
。他方、上記マスクの製造方法も、従来の光によるもの
から、より微細な加工が可能な電子線による描画が使用
されるようになってきている。こうしたリングラフィ技
術において用いられるフォトマスクやＸ線マスクを電子
線描画により製造する方法を説明する。すなわち、まず
露光光源の波長域で透明な基板上に、蒸着又はスパッタ
法によりマスク材となる金属１艮を形成する。次に、こ
の金属膜上に電子線レジストを塗布し、電子線で所望の
パターンを描画する。

次いで、現像を行なって電子線レジストの一部を選択的
に除去し、レジストパターンを形成する。

更に、残存したレジストパターンをマスクとして金属膜
のエツチングを行ない所望のマスクパターンを形成した
後、レジストパターンを除去し、マスクを製造する。

また、微細なパターンを得るために、リソグラフィー技
術を用いずに半導体ウェハ上に塗布された電子線レジス
トに電子線で直接描画する技術の開発も行なわれている
。この電子線描画技術では、まず半導体ウェハ上に電子
線レジストを塗布し、電子線で所望のパターンを描画す
る。次に、現像を行なって電子線レジストの一部を選択
的に除去し、レジストパターンを形成する。更に、残存
したレジストパターンをマスクとして半導体基板上の半
導体層や金属膜のエツチングを行ない所望の回路パター
ンを形成した後、レジストパターンを除去する。

上述したように電子線レジストを用いて微細なマスクパ
ターンや回路パターンを形成する場合、パターンの寸法
精度を向上させる上で、現像プロセスが非常に重要とな
ってくる。つまり、電子線レジストでは、現像速度に及
ぼす現像温度の影響が非常に大きく、しかも現像液とし
ては通常ケトンやアルコール等の有機溶剤が使用されて
いるため、その気化熱により現像液の温度分布が不均一
になりやすい。このため、現像終点を予め経験的に時間
で設定したとしても、それが適正時間であるかどうか不
明確であり、さらに試行が必要となる。また、試行の結
果、より適正な時間を見出したとしても、現像工程のく
り返しの間に生じる現像液の温度変動が大きいと、設定
した時間が適正でなくなる。したがって、予め設定した
時間だけ現像したにもかかわらず、充分に現像が行われ
なかったり、あるいは現像が進みすぎて、形成されるパ
ターンの寸法が設計値から大きくずれ、要求される精度
を満たすことが非常に困難であった。

そこで、上記のような問題に対して、経験にもとづいて
現像工程のくり返しの間に現像時間を徐々に変更すると
いう手法が用いられているが、現像工程中の現像液の温
度変動のし方は常に一定であるわけではないので、確実
性に乏しく、再現性が悪く、高い精度でパターンを形成
することはやはり困難であった。

そこで、例えばレーザー光の干渉を利用して現像終点を
判定しようとする研究もなされている。

しかし、このような光学的方法は現像液の屈折率、現像
液中でのレーザー光の散乱等の影響を受けるため信頼性
に乏しいものである。

〔発明の目的〕

本発明は上記事情を考慮してなされたものであり、現像
終点の客観的な判定手法を確立することにより、寸法精
度の高いレジストパターンを形成し得る方法を提供しよ
うとするものである。

〔発明の概要〕

本発明者らは、ミクロ的に見た場合、現像工程は絶縁物
であるレジストが溶解し、下地の導電体（例えばフォト
マスクを構成する絶縁体上に形成されたマスクパターン
となる金属層あるいは半導体ウェハ等）が露出するプロ
セスであることに着目し、現像液中に被現像物である各
種マスクや半導体ウェハとともに電極を浸漬し、現像プ
ロセスにおけるマスク下地金属層や半導体ウェハと電極
との間の電位の変化について鋭意研究を行なった。

その結果、ケトンやアルコール等の有機溶剤からなる現
像液中で各種マスクや半導体ウェハの現像を行なうと、
レジストが溶解してマスク下地金属層や半導体ウェハが
露出する前後で測定している電位に急激な変化が現われ
、この電位変化に基づいて適正現像終点を設定できるこ
とを見出した。

すなわち本発明のパターン形成方法は、レジストを塗布
した導電体と現像液中で安定な電極とを有機溶剤からな
る現像液に浸漬して導電体と電極との間の電位を、１？
１定し、電位の変化により現像の終点を判定することを
特徴とするものである。

〔発明の実施例〕

以下、本発明の実施例を図面を参照して説明する。

第１図は本発明方法を実施するための装置の構成図であ
る。第１図において、現像槽１内には有機溶剤からなる
現像液２が収容されている。この現像液２内には被現像
物であるフォトマスク３及び電極４が浸漬されている。

このフォトマスク３はガラス基板上にクロム層を蒸着し
、電子線レジストを塗布した後、電子線描画を行なった
ものである。このフォトマスクの下地クロム層から取出
した導線は演算増幅器５の非反転入力端子に接続されて
いる。この演算増幅器５はその出力端子と反転入力端子
とを接続することにより、増幅率１倍のインピーダンス
変換器を構成している。また、演算増幅器５の出力端子
はレコーダ６に接続されている。一方、前記電極４から
取出した導線はレコーダ６に直接接続されている。なお
、現像液２の液抵抗は非常に高いため、上記演算増幅器
５としては、ＭＯＳＦＥＴを初段に使用した高入力抵抗
型のものが使用されている。このような構成により、レ
コーダ６にはフォトマスク３の下地クロム層と電極４と
の間の電位差が記録される。

第１図図示の構成で電子線レジストとしてＥＢＲ−９（
東し社製商品名、ポリ−２，２，２−トリフルオロエチ
ル−α−クロロアクリレ−、ト）′、現像液２としてＭ
ＩＢＫ（メチルイソブチルケトン）、電極４として白金
板を使用して電位の測定を行なった。その結果、第２図
に示すように、現像の初期においてほぼ安定していた電
位が、約４．５分後に急激な変化を示すことが観測され
た。

この電位波形の変曲点は現像が進行してフォトマスクの
下地クロム層が露出する前後で生じることが確認された
。

次に、フォトマスクに塗布したＥＢＲ−９に電子線で４
ｐ幅のパターンを描画した後、上記のように現像液とし
てＭＩＢＫを用い、第１図図示の構成で電位波形を観Ａ
ＰＪ　Ｌながら現像を行ない、実際に現像されたパター
ンの幅をｎ１定した。なお、測定は電位変化が出現した
時間の１．２〜２．０倍に現像時間を設定してそれぞれ
２回づつ行なった。

現像時間／電位変化出現時間の比と、現像されたパター
ン幅との関係を第３図に示す。

第３図から、両者の間には強い相関関係があることがわ
かる。したがって、上記実施例のレジスト（ＥＢＲ−９
）−現像液（ＭＩＢＫ）系において、電子線描画を行な
った幅と現像されたパターン幅とをほぼ同一（４ｐ）に
しようとする場合には、電位変化出現時間に約１．４と
いう係数を乗じて現像の終点を設定すればよい。

現像工程中における現像速度に影響を与えるパラメータ
としては、現像液温度以外にも、その影響度は小さいも
のの、レジスト塗布条件や電子線の露光条件等多くのも
のがある。ところが、現像工程で観測される電位変化出
現時間は専らレジストの現像速度に依存すると考えられ
る。このため、上記各要因により現像速度が変化しても
、電位変化出現時間はその時の現像速度に対応した時間
となり、この電位変化出現時間に所定の係数を乗じるこ
とにより設定される適正現像時間も上記各要因による現
像速度変動が補償されたものとなる。

また、１回の現像工程中に現像液の温度変動が生じたと
しても、電位変化出現時間は現像液の温度変動のかなり
の部分を反映するため、パターン幅に影響を及ぼす要因
としては、全現像時間中に占める電位変化出現時間から
現像終点までの間の温度変動だけとなる。この時間は全
現像時間に比較して短いため影響は小さいものとなる。

このように本発明によれば、一連の現像工程中に生じる
温度変動、レジスト塗布条件、電子線の露光条件等によ
る現像速度変動に起因するパターン幅変動を抑制できる
ばかりでなく、１回の現像工程中における温度変動の影
響もかなり抑制することが可能であり、現像精度を著し
く向上することができる。

なお、第３図に示すような相関関係は、電子線描画の幅
を例えば１ｉｎＲ以下としてサブミクロンの微細なパタ
ーンを得る場合にも同様に成立するものである。また、
係数（現像時間／電位変化出現時間）を適宜選択して設
定することにより、電子線描画の幅に対してパターン幅
を増減させることも可能である。

また、上記実施例ではレジスト及び現像液としてＥＢＲ
−９−ＭＩＢＫ系を用いた場合について説明したが、他
のレジスト−現像液系、例えばＰＭＭＡ　　（ポリメチ
ルメタクリレート）−ＭＩＢＫ系でも、第２図と同様な
電位波形及び第３図と同様な相関関係が得られた。ただ
し、適正現像時間を設定するために電位変化出現時間に
乗じる係数は１／シスト−現像液の組合わせによって異
なるので、それに応じた所定の係数を求めればよい。

更に、上記実施例では本発明方法をフォトマスクの製造
に適用した場合について説明したが、これに限らず、本
発明方法はＸ線マスクの製造や半導体ウェハの直接描画
プロセスにも同様に適用できることは勿論である。

〔発明の効果〕

以上詳述した如く本発明のパターン形成方法によれば、
電子線レジストの適正現像終点を容易に判定することが
できるので、パターン寸法精度を著しく向上することが
でき、ひいてはマスク製造工程や直接描画プロセスの自
動化も可能となる等、その工業上寄与するところは多大
である。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明方法を実施するための装置の′構成図、
第２図は本発明の実施例において観測されたフォトマス
クのクロム層と白金電極間の電位波形図、第３図は本発
明の実施例における電位変化出現時間と現像時間の比に
対するパターン幅の関係を示す特性図である。 １・・・現像槽、２・・・現像液、３・・・フォトマス
ク、４・・・電極、５・・・演算増幅器、６・・・レコ
ーダー。 出願人代理人　弁理士　鈴江武彦 電　イナｘ（ｍＶ）

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）導電体上にレジストを塗布し、このレジストの一
   部を有機溶剤からなる現像液で選択的に除去してパター
   ンを形成するにあたり、レジストを塗布した導電体と現
   像液中で安定な電極とを現像液に浸漬して導電体と電極
   との間の電位を測定し、電位の変化により現像の終点を
   判定することを特徴とするパターン形成方法。
2. （２）導電体と電極との間の電位に変曲点が生じるまで
   の時間に所定の係数を乗じた時間を現像の終点とするこ
   とを特徴とする特許請求の範囲第１項記載のパターン形
   成方法。