JPS6262521A - 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】 〔発明の利用分野〕 本発明は半導体素子、磁気バブル素子および超伝導素子
などの作製における微細加工法に係り、フォトリソグラ
フィおよびＸ線リングラフィにおけるパターン形成方法
に関する。

〔発明の背景〕

半導体回路、磁気バブルメモリ回路等の集積度は年々向
上している。集積度を向上するためにパターンの微細化
が求められるとともにパターン寸法の高精度化、合わせ
精度向上が必要となっている。しかし光りソグラフイで
は光干渉の影響を受は寸法精度および合わせ精度が低下
するという問題があった。

最近に寸法精度低下について説明する。

解像度が高く、異物による欠陥発生率が低く、かつウェ
ーハの歪をステップアンドリピート機構により補正可能
な縮小投影露光法が微細パターン形成の主流として用い
られている。縮小投影霧光法ではレンズ・光学系の制約
から単色光を用いており、レジスト内で光干渉が生じる
。光干渉によりレジストに吸収される実行的な光量が変
動するためパターン寸法に変動が生じる。第２図に示す
ようにレジストの膜厚が変化するとともにパターン線幅
は周期的に変動し、その変動量はＳｉ基板の場合約０・
３μｍとなる。最小の線幅（±約１μｍあるいはそれ以
下が要求されており、この寸法変動による寸法精度の低
下は重大な問題となっている。

光干渉による寸法精度の低下を低減する方法として多層
レジスト法あるいはＡＲＣ法などが提案されている。し
かし多層レジスト法はレジスト層を三層または二層形成
し、その後パターン転写を行なってマスクとなるレジス
トパターンを形成するため工程数が多くスループットが
低いという問題がある。ＡＲＣ法はレジスト下部に形成
した反射防止膜を現像によりウェットエツチングするた
めサイドエッチ量が多く、このことによる寸法精度の低
下が大きいという問題がある。なお、多層レジストに関
しては特開昭節５１−１０７７５号などに記載されてい
る。またＡＲＣ法としては特開昭節５９−９３４４８号
などに記載されている。

次に合わせの問題を説明する。

単色光を利用した合わせ方式はＴ　Ｔ　Ｌ　（Ｔｈｒｏ
ｕｇｈｔｈｅ　Ｌ、ｅｎｓｅ）方式を用いることができ
スループットおよびオフセツＩ−変動の点で有利になる
ため、非対称ウェーハ歪を補正することができるチップ
ごとの合わせ（以後チップアライメントとよぶ）に有利
である。また同じく単色光を用い、その光干渉を利用し
たフレネルゾーン合わせ方式の場合には焦点位ｈπとパ
ターン合わせを同時に行うことができ非常に有効である
。しかし以下に示す原因による問題があり、十分なパタ
ーン検出精度が得られなかった。

基板上に形成された合わせターゲットパターンを単色光
あるいは準単色光を照射とそのターゲラ１〜パターンか
らの反射光を使ってパターン検出する場合、従来のパタ
ーン検出方法では基板上に形成したレンズ１−表面で光
が反射するためパターン検出光がレジスト膜内で光干渉
を起こす。その結果反射光（検出光）もその影響を受け
、レジスト膜厚の変化とともに光強度および位相が変化
する。

このためパターン検出信号が乱され５合わせ精度が低下
する。例えばレジストがターゲットパターンに対して非
対称に塗布されるとターゲットの位置が実際の位置から
シフトした位置で検出される。

つまり誤検出する。またレジストの膜厚によってはター
ゲットパターン部とその他の部分との反射光強度がほと
んど等しくなり、ターゲットパターンのコントラストが
等しくなり、ターゲットパターンのコントラストが著し
く低下、すなわちターゲットパターンの検出が極めて困
難になることがある５、このような問題が単色光を用い
た合わせ方式にあった。

このため、例えばフレネルゾーンパターン検出方式にお
いてはニス・ピー・アイ・イー（ＳＰ１’Ｅ）第４７０
巻、第１２２〜１３５頁（１９８４年）に示されている
ようにターゲットパターンの最適化が検討されている。

また特公昭節５８−３０７３６号の中で示されでいるよ
うに三波長検出が検討されている。

しかしいずれの場合も光干渉によるパターン検出（、を
号の劣化の防止は不完全である。

以上光りソグラフィの問題点を示したが、Ｘ線リソグラ
フィにおいても合わせに関しては主に単色光によるパタ
ーン検出方式が用いられており、上記問題がある。

〔発明の目的〕

本発明の目的は上記従来の問題点を解決し、簡便な方法
で微細かつ高精度なパターン、および合わせ精度の高い
パターンの形成方法を提供することにある。

〔発明の概要〕

上記目的を達成するため、本発明はフォトレジスト膜あ
るいはＸ線レジスト膜上に多Ｍ股を形成するものである
。多糖膜は透明であり、また屈折率もレジス１〜の屈折
率より小さいことから上記レジストの反射防止膜となる
。透明な反射防止膜により入射光量の損失なしにレジス
ト表面の反射光を低減し、レジスト膜内での光多重干渉
によるパターン寸法精度の低下を防止する。またパター
ン検出信号の劣化を低減する。

以下本発明の原理を詳細に説明する。

最初に寸法精度向上の原理を説明する。

基板から反射してくる光と入射光との干渉など逆方向に
進む光同士の干渉はレジスト膜厚方向の光強度分布を変
化させ、レジストの断面形状を波釘たせるパ定在波″と
よばれる現象をひきおこすが、レジストに吸収される全
光量は変化せず寸法精度に与える影響は少ない。一方、
レジスト上面から反射してくる光と入射光など同方向に
進む光同士の場合を考えるとレジスト膜厚の変化に応じ
その光同士の位相差が変化するため、レジスト膜厚が変
化するとレジスト内でのこれらの光の干渉光の光強度は
増減する。つまりレジスト膜厚に応じてオーバー露光あ
るいはアンダー露光になり、その結果寸法精度が低下す
る。

寸法精度を向上させるためには同方向に進行する反射光
を低減すればよい。つまりレジスト」二面での反射光を
低減すれば十分である。露先々の減衰なしにレジスト上
面からの反射光を低減するため透明な、すなわち吸収係
数の小さな光干渉を利用した反射防止膜をレジスト上に
形成する。すなわち、第３図に示すように基板からレジ
スト表面へ向かう光３１の反射防止膜／レジスト界面３
２ａからの反射光３４と大気／反射防止膜界面３２ｂか
らの反射光３５を干渉させて反射光を十分小さくする６
なおこの場合、透過光３６の光量は入射光３１の光量に
近づき、無反射になったとき光景の損失なく完全に透過
する。

反射防止の原理からレジストの露光光に対する屈折率を
ｎ、露光々の波長をλとすると反射防止膜の屈折率ｎ′
がＪｉ、その膜厚がλ／４ｎ′の奇数倍に近づくほどこ
の反射防止膜の反射率は低減する。多糖類からなる膜は
その構造上屈折率がレジストの屈折率より低く、反射防
止膜になる。

多糖類からなる膜をレジスト上に形成することにより、
レジスト上面の反射率を低減することが可能となり、寸
法精度が向上する。多糖膜は水溶性なのでレジストを変
質させることがない。また反射防止膜（多糖膜）の除去
は現像工程と共用できるのでプロセス的にも問題がなく
しかも簡便である。

次に合わせ精度向上の原理を説明する。

レジスト膜内で光が多重に干渉すると基板から反射して
くる反射光もその影響を受は前述のようにパターン検出
精度が低下する。この問題を解決するために前述の多糖
類からなる反射防止膜をレジスト上に形成して外気／レ
ジスト界面の反射光を低減し完全透過面化する。パター
ン検出のときの最適な反射防止膜（多糖膜）の膜厚はパ
ターン検出光の波長λ′の１／４ｎ’　、すなわちλ′
／４ｎである。レジスト上への多糖膜のオーバーコート
により合わせ検出信号はレジスト膜内光干渉の影響の小
さい良好なものとなり、合わせ精度が向上する。

〔発明の実施例〕

以下１本発明を実施例を用いて詳細に説明する。

実施例１ 第１図（ａ）に示すように段差のある８１基板１上にレ
ジスト２をスピン塗布し、その後９０’Ｃ１１０分のベ
ークを行ない溶媒を揮発させてレジスト上面を形成した
。Ｓｉ基板上のパターンは格子状パターン、凹パターン
、凸パターン等であり、そのパターンの高さは約０．１
〜０．６μｍとした。

レジストにはＭＰ］、３００（シラプレー社商品名）を
用い、その膜厚は平担首玉で約１．０μｍ　とした。

ただし十分に基板段差をカバーできる膜厚であれば、レ
ジストの膜厚は１．０μｍ　に限る必要はない。また段
差も０．１〜０．６μｍに限定する必要はない。Ｓｉ基
板に限る必要もなく、例えばＰＳＧ（リンガラス）、５
ｉｏ２．ｗ、ＡＭ、ポリイミド。

ＳｉＮ、ＧａＡｓなどでも問題ない。またレジストには
０ＦＰＲ８００，０ＮＰＲ８３０，０ＦＰＲ５０００（
以上東京応化（株）社商品名）　＋　ＡＺ１３５０Ｊ　
（マイクロポジット社商品名）、ＨＰ　Ｒ２０４（Ｈｕ
ｎｔ社商品名）などのフェノールノボラック系レジスト
、ＲＤ２０ＯＮ。

ＲＵ］、０ＯＯＮ　（日立化成工業（株）製部品名）、
ＭＰ２３　（シラプレー社商品名）などのポリビニルフ
ェノール系レジスト、　ＫＴＦＲ（ＫＯｄａｋ社商品名
）ＣＢＲ（日本合成ゴム（株）社商品名）などの環化ゴ
ム系レジストなどいかなるフォトレジストも用いること
ができる。しかる後第１図（ｂ）に示すようにレジスト
２上にアルギン酸テトラメチルアンモニウム塩を約６０
〜９５ｎｍ膜厚で塗布形成し、反射防止膜３を形成した
。しかる後、第１図（ｃ　）に示すように波長４３６ｎ
ｍの光を用いて通常の露光を行った。その後、第１図（
ｄ）に示すように現像液ＭＦ３１２（シラプレー社商品
名）を用いて現像を行い、Ｓｉ基板上にレジストパター
ン２′を形成した。なお、アルギン酸テトラメチルアン
モニウム塩よりなる反射防止膜３は現像時に除去された
。なお、現像を行う前に水洗を行うことによって反射防
止膜３を除去しておくこともできる。また現像液として
ＭＦ３１４を用いたが、この現像液に限らない。

アルギン酸テトラメチルアンモニウム塩からなる反射防
止膜３のない場合（従来法）のパターン寸法精度は約±
０．１５μｍであったが、以上の工程により寸法精度が
約±０．１μｍの高精度なレジストパターン２′をＳｉ
基板上に形成することができた。

なお、上記実施例では反射防止膜３としてアルギン酸テ
トラメチルアンモニウム塩を用いたが。

これに限らず、アルギン酸ナトリウム塩、アルギン酸ア
ンモニウム塩、アルギン酸テトラメチルアンモニウム塩
、プルラン、可溶性デンプン、アミロース、イヌリン、
リケニン、グリコーゲンなど多糖類を用いることができ
る。

また、上記実施例では波長４３６ｎｍの霧光々を用いた
場合を示したが、波長が４０５ｎｍの露先々の場合には
アルギン酸テトラメチルアンモニウム塩反射防止膜３の
膜厚を約５５〜８５ｎｍ、波長が３６５ｎｍの場合には
約５０〜８０ｎｍとすることにより上記実施例と同様に
寸法精度を約±０．１μｍとすることができた。

実施例２ 実施例１において強光々と同し波長の光を用いてマスク
合わせを行った。このときのノ１（板上のターゲットパ
ターンには凹パターン、凸パターン。

ダブルスクツ１〜パターン、格子状パターン、Ｉ−ツｌ
、　パターン、孔パターンを用い、おのおのについてパ
ターン検出信号をｗ１察し、また合わせ精度を評価した
。その結果、レシス１−塗イ１１ムラによる信号波形の
非対称性、光干渉による信号強度の低下コントラストの
低下を低減することができ、合わせ精度が向上した。

実施例３ 平担なＳｊウェーハ上にレジストを約１．０μｍ塗布し
た。レジストの膜厚のバラツキは約±０．０５μｍであ
った。ウェーハはＳｉに限らずＧａＡｓでも問題ないし
、基板表面もＳｉのみならず５１０２　＋８１Ｎ、ポリ
イミド＋　Ａ　ｎ　、　Ｗ、　ＷＳ　ｉ、、　ＭｏＳｉ
などでも問題ない。その後１枚の基板はそのまま露光し
、他の基板にはレジスト２上にアルギン酸すとリウム塩
膜を形成し、その後露光した。露光波長は４３６ｎｍで
ある。アルギン酸ナトリウム塩膜の膜１！メは基板ごと
に０〜１６０ｎｍまで変化させた。その後現像を行って
パターンを形成した。アルギン酸ナトリウム塩は現像に
よって除去されるが、現像前に水洗によって除去してお
くことも可能である。

一１―記方法でパターンを形成した結果、通常の方法で
は約±０．１５μｍあった寸法バラツキが図４に示すよ
うに低減した。特にアルギン酸ナトリウ１１塩膜の膜厚
がλ／４ｎ（λ：露光波長４３６ｎｍ、　ｎ　ニアルギ
ン酸すトリウム塩の屈折率約１．３５）である約８０ｎ
ｍのとき寸法バラツキは最小となり、約±０．０４μｍ
まで低減することができた。なお本実施例ではレジスト
膜厚が約１．０μｍの場合を示したがとの膜厚に限らな
い。また露光波長も４．３６　ｎ　ｍに限らない。例え
ば４０５ｎｍや３６５ｎｍも用いることができ、また多
波長でもよい。

なお、実施例１と同様に反射防止膜としてはアルギン酸
ナトリウム塩に限らず多糖類からなる膜を用いることが
できる。

実施例４ 第５図（ａ）に示すように段差のあるＳｉ基板Ｓｌ上に
レジストをスピン塗布し、その後約２００℃３０分のベ
ークを行ない三層レジスト下層レジスト５２を形成した
。Ｓｉ基板上のパターンは格子状パターン、凹パターン
、凸パターン、などであり、最大約１．５μｍの段差ま
で各種段差を形成しておいた。レジス１〜にはＭＰ１３
００（シラプレー社商品名）を用い、その膜厚は平担面
上で約２．０μｍとした。２００℃３０分の熱処理によ
り下層レジスト５２の表面の段差は緩和された。なお、
下層レジスト５２の材料および膜厚は上記例に限らず、
一般に下層レジストに用いられものは問題なく用いるこ
とができる。基板段差も上記例に限らない。基板にはＡ
Ｑなどの金属％、５ｉ０２などの絶縁膜、ポリイミドな
どの有機膜、Ｇｅなどの半導体膜が被着されていても問
題はない。

その後三層レジストの中間層５３として５ＯＧ（Ｓｐｉ
ｎ　ｏｎ　Ｇｌａｓｓ）を約０．１８μｍ　の膜厚で形
成した。ＳＯＧには東京応化（株）のＯＣＤを用いた。

中間層５３の材料は上記例に限らす、一般に中間層に用
いられている材料、例えば５ｉｎ２゜３ｉＮなどの絶縁
膜、有機Ｔｉなどの金属化合物。

Ｗなどの金属、Ｓｉなどの半導体も用いることができる
。膜厚も０．１８μｍに限らない。

その後パターン形成用としてレジスト層５４を形成した
。レジストにはＭ　Ｐ　１３００を用いたが、実施例１
と同様にすべてのレジストを用いることができる。

次に第５図（ｂ）に示すようにアルギン酸テトラメチル
アンモニウム塩からなる反射防止膜５５をレジスト層５
４上に形成した。その膜厚は約６５ｎｍである。

その後、波長３６５ｎｍの光を用いて所望のパターンを
露光した。しかる後現像を行ない第５図（ｃ）に示すよ
うにレジスト層にパターン５４′を形成した。その後第
５図（ｄ）に示すようにドライエツチングしこよりパタ
ーン５４′　を中間層５３に転写し、中間層に転写パタ
ーン５３′を形成した。しかる後、第５図（ｅ）に示す
ようにパターン５３′　をマスクにして下層レジストに
パターン転写してパターン５２′を形成、つまり三層レ
ジストのパターンを形成した。

その結果、通常の三層レジストでは約±０．０４μｍあ
った寸法バラツキが反射防止膜を形成することにより約
±０．０３μｍに低減した。

なお、上記実施例は波長が３６５ｎｍの場合であるが、
この波長に限らない。また三層レジストの場合を示した
が二層レジストの場合も同様に効果があった。

実施例５ 実施例２において露光光と波長の異なる水銀のｅ線（５
４６ｎｍ）、ｄ線（５７７ｎ　ｍ）　、　ＩＬｅＮｅレ
ーザー光（６３３ｎｍ）を用いてマスクアライメントを
行なった。パターン検出信号は反射防止膜のない場合に
比べ良好となり、合わせ精度も向上した。特に、アルギ
ン酸テトラメチルアンモニウム塩反射防止膜の膜厚をパ
ターン検出光の波長λ′の１／４ｎ（ｎはアルギン酸テ
トラメチルアンモニウム塩の屈折率約１４５）すなわち
、ｅ線。

ｄ線ｒ　ｔｌｅＮａ光それぞれに対し約９５ｎｍ、　１
１００ｎ。

１］、Ｏｎｍに設定したとき合わせ検出信号は最も良好
となり、合わせ精度が向上した。

なお、実施例においてはｅ線ｙ　ｄｍ　＋　ＨｅＮｅ光
を用いたが他の単色光あるいは多色光でも同様に効果が
あった。またＸｍレジストを用い光により合わせを行う
場合にも本方法により検出信号は良好となり、合わせ精
度が向上した。

実施例６ 実施例４において水銀のｅ線、ｄ線、　ｌ１ｅＮｅ光を
用いてマスクアライメントを行った。ターゲットパター
ンは実施例２と同じく凹パターン、凸パターン、ダブル
スリットパターン、格子状パターン。

ドツトパターン、孔パターンを用い、おのおの場合につ
いて検討した。多層レジストにおいても露光光と異波長
の光を用いてパターン検出を行うごとによりパターン検
出光強度は十分であり１反射防止膜によりパターン検出
信号の非対称性、コントラストの低下を低減することが
できた。特に多層レジストの場合はレジスト上面の平坦
度が高いため反射防止膜の膜厚が均一となり、その結果
単層レジスＩ−に比べ低減効果が大であった。

なお実施例においてはｅ線＋　ｄ　ｍ　ｒ　ｔｌｅＮｅ
光を用いたが、下層レジストを透過する光であれば他の
波長の光でも同様に効果がある。

実施例７ フレネルゾーンパターンが形成されているＳｉＪλ板上
にレジストを塗布・形成し、その後プルランからなる膜
をレジスト上に形成した。その膜厚は約１１０ｎｍであ
る。その後ＨｅＮｅレーザー光を用いてパターン位置検
出および合焦点位置検出を行った。プルランよりなる反
射防止膜を形成することによりパターン位置検出および
合焦点位置検出信号はシャープになり、検出精度が向上
した。

なお検出光はＨａＮａレーザー光に限らず他の単色光を
用いることができる。またｍ層しジストの代わりしこ多
層レジス）・を用いることもできる。またフレネルゾー
ンパターンに限らず回折パターンのように干渉あるいは
回折を利用した合わせターゲットパターンを用いてパタ
ーン検出を行う場合。

プルランをレジスト上にオーバーコートする本方法は極
めて有効である。

ここでは反射防止膜としてプルランを用いたが実施例１
と同様プルランに限らず多糖類からなる膜を用いること
ができる。

〔発明の効果〕

上記ように本発明によれば簡便な方法で寸法精度の高い
パターンを形成することができる。また精度の高い合わ
せパターン検出を行なうことができるので合わせ精度が
向上する。

寸法精度および合わせ精度を向上することができるので
、回路の高集積化、チップ面積の縮小化を行なうことが
でき、また電気特性の安定した高品質な素子を高い歩留
まりで得ることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例を示す工程図である。 第２図は従来の問題点を説明するための図である。 第３図は本発明の詳細な説明するための図である。 第４図は本発明の効果を示す曲線図である。第５１・４
は本発明の一実施例を示す工程図である。 １・・Ｓｉ基板、２・・・レジスト、３・・・反射防止
膜、４・・マスク、５・・ＵＶ光、２′・・・レジスト
パターン、３１・・基板、３２・・・レジスト、３３・
・・反射防１１−膜、３３８・・反射防止膜とレジスト
との界面。 ３３　ｈ・・・外気と反射防止膜との界面、３４・・基
板から反射防止膜へ向かう光、；３５・・・反射防１Ｆ
膜／レジスト界面から基板へ向かう反射光、３Ｇ・・外
気／反射防止；漠界面から基板へ向かう反射光。 ３７・・・外気へ向かう透過光、５１・・・８１基板、
５２・・・下層レジスト、５２′・・・下層レジストに
転写されたパターン、５３・・・中間層、５３′・・・
中間層に転写されたパターン、５４・・・レジスト、５
４′・・・レジストパターン、５５・・・アルギン酸テ
トラメチルアンモニウム塩反射防止膜。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、基板上にレジスト膜を形成する工程と、該レジスト
   膜に所定パターンを露光する工程と、前記露光後前記レ
   ジストを現像する工程を含むパターン形成方法において
   、前記露光前に前記レジスト上に多糖類からなる膜を形
   成する工程を含むことを特徴とするパターン形成方法。 ２、特許請求の範囲第１項のパターン形成方法において
   基板上に位置合わせ用のパターンが形成されており、前
   記位置合わせ用のパターンを検出するための光を上記基
   板に照射して反射光を検出し、所望パターンの位置合わ
   せを行なう工程を含むパターン形成方法において、前記
   パターン検出の前に前記レジスト上に多糖膜を形成する
   ことを特徴とするパターン形成方法。 ３、特許請求の範囲第１項記載のパターン形成方法にお
   いて上記露光光の波長をλ、上記多糖膜の屈折率をｎと
   したとき、前記多糖膜の膜厚がほぼλ／４ｎの奇数倍で
   あることを特徴とするパターン形成方法。 ４、特許請求の範囲第２項記載のパターン形成方法にお
   いて上記パターン検出光の波長をλ′としたとき、前記
   多糖膜の膜厚がほぼλ′／４ｎの奇数倍であることを特
   徴とするパターン形成方法。 ５、特許請求の範囲第１項もしくは第２項記載のパター
   ン形成方法において前記多糖膜がアルギン酸塩、アルギ
   ン酸ナトリウム塩、アルギン酸カリウム塩、アルギン酸
   テトラエチルアンモニウム塩、アルギン酸テトラメチル
   アンモニウム塩、可溶性デンプン、アミロース、イマリ
   ン、リケニン、グリコーゲンおよびプルランからなる群
   から選ばれた少なくとも１種であることを特徴とするパ
   ターン形成方法。