(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
レジスト膜に対して、第１のマスクパターンが形成された第１のマスクを介して、電子線を第１のビームブラーで照射して第１回目のパターン露光を行なう工程と、
前記第１のビームブラーとの差が前記第１のビームブラーに対して±１００％以下の割合となるように第２のビームブラーを設定する工程と、
第１回目のパターン露光が行なわれた前記レジスト膜に対して、前記第１のマスクパターンと連続する第２のマスクパターンが形成された第２のマスクを介して、電子線を前記第１のビームブラーと異なる前記第２のビームブラーで照射して第２回目のパターン露光を行なう工程と、
第１回目及び第２回目のパターン露光が行なわれた前記レジスト膜を現像してレジストパターンを形成する工程とを備えていることを特徴とするパターン形成方法。
【請求項２】
第１回目及び第２回目のパターン露光における電子線の加速電圧は、０．５ｋＶ以上で且つ２００ｋＶ以下であることを特徴とする請求項１に記載のパターン形成方法。
【請求項３】
前記第２のビームブラーは、前記第１のビームブラーとの差が前記第１のビームブラーに対して７５％になるように設定されていることを特徴とする請求項１記載のパターン形成方法。
【請求項４】
前記第１回目のパターン露光と前記第２回目のパターン露光において、露光時の焦点位置は同じであることを特徴とする請求項１記載のパターン形成方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は半導体製造プロセスにおいて用いられるパターン形成方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
半導体集積回路の大集積化及び半導体素子のダウンサイジング化に伴って、リソグラフィ技術の開発の加速が望まれている。現在のところ、水銀ランプ、ＫｒＦエキシマレーザ、ＡｒＦエキシマレーザ等を露光光とする光リソグラフィ技術によりパターン形成が行われている。また、パターン幅が０．１μｍ以下、特に７０ｎｍ以下の微細なレジストパターンを形成するためには、前記の露光光よりも波長が短いＦ2 レーザ（波長：１５７ｎｍ帯）等の真空紫外線、又は極紫外線（波長帯：１ｎｍ帯〜３０ｎｍ帯）の適用が検討されていると共に、ＥＢプロジェクション露光又はリープル（Leepl ）露光等の電子ビーム（ＥＢ）露光の適用が検討されている。
【０００３】
特に、ＥＢプロジェクション露光及びリープル露光は、ＥＢ露光による高解像性の効果に加えて、従来のＥＢ露光の課題であったスループットの低さを解決するものとして期待されている。
【０００４】
これらの露光方式においては、マスクを用いて転写を行なうが、マスクとしてステンシルマスクと呼ばれる穴あきマスクを用いるために、マスクの強度が小さい。このため、１つのマスクパターンが分割されてなる分割マスクパターンを有する複数のマスクを用いると共に、複数のマスクによりレジスト膜に形成されるパターンをつなぎ合わせる必要がある。
【０００５】
以下、特開２０００−１２４１１８号公報に示されている従来のパターン形成方法について、図３(a) 〜(d) 及び図４(a) 、(b) を参照しながら説明する。
【０００６】
まず、以下の組成を有する化学増幅型レジスト材料を準備する。
【０００７】
ポリ((１−エトキシエチルオキシスチレン)−(ヒドロキシスチレン))（但し、
１−エトキシエチルオキシスチレン：ヒドロキシスチレン＝40mol%：60mol%）（ベースポリマー）………………………………………………………………４．０ｇ
ジフェニルジアゾジスルフォン（酸発生剤）…………………………０．１２ｇ
プロピレングリコールモノメチルエーテルアセテート（溶媒）…………２０ｇ
【０００８】
次に、図３(a) に示すように、半導体基板１の上に前記の化学増幅型レジスト材料を塗布して、０．４μｍの厚さを持つレジスト膜２を形成する。
【０００９】
次に、図３(b) に示すように、レジスト膜２に対して第１回目の電子ビームのプロジェクション露光３Ａを第１のマスク４を介して行なって、第１回目のパターン露光を行なう。この場合の露光は、ビームブラー（beam blur）：２０ｎｍで且つ焦点位置：２μｍの条件で行なう。このようにすると、レジスト膜２には第１の露光部（第１のパターン）２ａが形成される。尚、ビームブラーとは、ビームのぼけの程度であって、電流密度又は加速電圧等を調整することにより設定することができる。
【００１０】
次に、図３(c) に示すように、レジスト膜２に対して第２回目の電子ビームのプロジェクション露光３Ｂを第２のマスク５を介して行なって、第２回目のパターン露光を行なう。この場合の露光は、ビームブラー：２０ｎｍで且つ焦点位置：２μｍの条件で行なう。このようにすると、レジスト膜２には第２の露光部（第２のパターン）２ｂが形成される。
【００１１】
次に、図３(d) に示すように、第１回目及び第２回目のパターン露光が行なわれたレジスト膜２に対して、ホットプレートを用いて１００℃の温度下で６０秒間のＰＥＢを行なう。このようにすると、レジスト膜２の第１の露光部２ａ及び第２の露光部２ｂにおいては、酸発生剤から発生する酸の作用によりアルカリ性現像液に対する可溶性に変化する。
【００１２】
次に、ＰＥＢが行なわれたレジスト膜２に対して、２．３８ｗｔ％のテトラメチルアンモニウムハイドロキサイド現像液（アルカリ性現像液）により現像を行なうと、図４(a) に示すように、レジスト膜２の未露光部２ｃよりなり０．０８μｍのパターン幅を有するレジストパターン６が得られる。
【００１３】
【発明が解決しようとする課題】
ところが、レジストパターン６の平面を表わす図４(b) に示すように、第１の露光部（第１のパターン）２ａと第２の露光部（第２のパターン）２ｂとが位置ずれしてしまうという問題が発生する。
【００１４】
第１の露光部２ａと第２の露光部２ｂとの位置ずれの問題は、パターン幅が微細になるほど顕著に現われると共に、位置ずれの問題は、露光部同士の間に発生するのみならず、未露光部同士の間にも発生する。
【００１５】
第１のパターンと第２のパターンとの間に位置ずれが生じたレジストパターンをマスクにしてエッチング等を行なうと、得られる半導体素子に不良が発生してしまう。
【００１６】
前記に鑑み、本発明は、第１回目のパターン露光によりレジスト膜に形成される第１のパターンと第２回目のパターン露光によりレジスト膜に形成される第２のパターンとの間の位置ずれを低減することを目的とする。
【００１７】
【課題を解決するための手段】
前記の目的を達成するため、本発明に係る第１のパターン形成方法は、レジスト膜に対して、第１のマスクパターンが形成された第１のマスクを介して、電子線を第１の焦点位置で照射して第１回目のパターン露光を行なう工程と、第１回目のパターン露光が行なわれたレジスト膜に対して、第１のマスクパターンと連続する第２のマスクパターンが形成された第２のマスクを介して、電子線を第２の焦点位置で照射して第２回目のパターン露光を行なう工程と、第１回目及び第２回目のパターン露光が行なわれたレジスト膜を現像してレジストパターンを形成する工程とを備えている。
【００１８】
第１のパターン形成方法によると、第１回目のパターン露光における第１の焦点位置と第２回目のパターン露光における第２の焦点位置とが異なるため、パターンの転写位置が異なるので、第１回目のパターン露光により得られる第１のパターンと第２回目のパターン露光により得られる第２のパターンとの間の位置ずれが低減する。
【００１９】
第１のパターン形成方法において、第１の焦点位置と第２の焦点位置との差は、±５０μｍ以下であることが好ましい。
【００２０】
本発明に係る第２のパターン形成方法は、レジスト膜に対して、第１のマスクパターンが形成された第１のマスクを介して、電子線を第１のビームブラーで照射して第１回目のパターン露光を行なう工程と、第１回目のパターン露光が行なわれたレジスト膜に対して、第１のマスクパターンと連続する第２のマスクパターンが形成された第２のマスクを介して、電子線を第２のビームブラーで照射して第２回目のパターン露光を行なう工程と、第１回目及び第２回目のパターン露光が行なわれたレジスト膜を現像してレジストパターンを形成する工程とを備えている。
【００２１】
第２のパターン形成方法によると、第１回目のパターン露光における第１のビームブラーと第２回目のパターン露光における第２のビームブラーとが異なるため、パターンの転写位置が異なるので、第１回目のパターン露光により得られる第１のパターンと第２回目のパターン露光により得られる第２のパターンとの間の位置ずれが低減する。
【００２２】
第２のパターン形成方法において、第２のビームブラーと第１のビームブラーとの差の第１のビームブラーに対する割合は、±１００％以下であることが好ましい。
【００２３】
第１又は第２のパターン形成方法において、第１回目及び第２回目のパターン露光における電子線の加速電圧は、０．５ｋＶ以上で且つ２００ｋＶ以下であることが好ましい。
【００２４】
【発明の実施の形態】
（第１の実施形態）
以下、本発明の第１の実施形態に係るパターン形成方法について、図１(a) 〜(d) 及び図２(a) 、(b) を参照しながら説明する。
【００２５】
まず、以下の組成を有する化学増幅型レジスト材料を準備する。
【００２６】
ポリ((１−エトキシエチルオキシスチレン)−(ヒドロキシスチレン))（但し、
１−エトキシエチルオキシスチレン：ヒドロキシスチレン＝40mol%：60mol%）（ベースポリマー）………………………………………………………………４．０ｇ
ジフェニルジアゾジスルフォン（酸発生剤）…………………………０．１２ｇ
プロピレングリコールモノメチルエーテルアセテート（溶媒）…………２０ｇ
【００２７】
次に、図１(a) に示すように、半導体基板１０の上に化学増幅型レジスト材料を塗布して、０．４μｍの厚さを持つレジスト膜１１を形成する。
【００２８】
次に、図１(b) に示すように、レジスト膜１１に対して第１回目の電子ビームのプロジェクション露光１２Ａを、第１のマスクパターンが形成された第１のマスク１３を介して行なって、第１回目のパターン露光を行なう。この場合の露光は、ビームブラー：２０ｎｍで且つ焦点位置：２μｍの条件で行なう。このようにすると、レジスト膜１１には第１の露光部（第１のパターン）１１ａが形成される。
【００２９】
次に、図１(c) に示すように、レジスト膜１１に対して第２回目の電子ビームのプロジェクション露光１２Ｂを、第１のマスクパターンと連続する第２のマスクパターンが形成された第２のマスク１４を介して行なって、第２回目のパターン露光を行なう。この場合の露光は、ビームブラー：２０ｎｍで且つ焦点位置：２１μｍの条件で行なう。このようにすると、レジスト膜１１には第２の露光部（第２のパターン）１１ｂが形成される。
【００３０】
次に、図１(d) に示すように、第１回目及び第２回目のパターン露光が行なわれたレジスト膜１１に対して、ホットプレートを用いて１００℃の温度下で６０秒間のＰＥＢを行なう。このようにすると、レジスト膜１１の第１の露光部１１ａ及び第２の露光部１１ｂにおいては、酸発生剤から発生する酸の作用によりアルカリ性現像液に対する可溶性に変化する。
【００３１】
次に、ＰＥＢが行なわれたレジスト膜１１に対して、２．３８ｗｔ％のテトラメチルアンモニウムハイドロキサイド現像液（アルカリ性現像液）により現像を行なうと、図２(a) に示すように、レジスト膜１１の未露光部１１ｃよりなり０．０８μｍのパターン幅を有するレジストパターン１５が得られる。
【００３２】
第１の実施形態によると、第１回目のパターン露光と第２回目のパターン露光との間で焦点位置を変化させたので、第１の露光部１１ａと第２の露光部１１ｂとの間の位置ずれが低減するので、図２(b) の平面図に示すように、つなぎ合わせ精度が高いレジストパターン１５が得られる。
【００３３】
尚、第１の実施形態においては、第１の焦点位置と第２の焦点位置との差は、１９μｍであったが、これに限られず、±５０μｍ以下であればよい。このようにすると、第１の露光部１１ａと第２の露光部１１ｂとの間の位置ずれを低減することができる。
【００３４】
（第２の実施形態）
以下、本発明の第２の実施形態に係るパターン形成方法について説明する。
【００３５】
第２の実施形態は、第１の実施形態に比べて、第１回目のパターン露光及び第２回目のパターン露光の露光条件が異なるのみであるから、以下においては、露光条件についてのみ説明する。
【００３６】
第１回目のパターン露光は、ビームブラー：２０ｎｍで且つ焦点位置：−３μｍの条件で行なう。
【００３７】
また、第２回目のパターン露光は、ビームブラー：３５ｎｍで且つ焦点位置：−３μｍの条件で行なう。
【００３８】
第２の実施形態によると、第１回目のパターン露光と第２回目のパターン露光との間でビームブラーを変化させたので、第１の露光部と第２の露光部との間の位置ずれが低減するので、つなぎ合わせ精度が高いレジストパターンが得られる。
【００３９】
尚、第２の実施形態においては、第１のビームブラーと第２のビームブラーとの差の第１のビームブラーに対する割合は、７５％であったが、これに限られず、±１００％以下であればよい。このようにすると、第１の露光部と第２の露光部との間の位置ずれを低減することができる。
【００４０】
尚、第１の実施形態及び第２の実施形態においては、第１回目及び第２回目のパターン露光における電子線の加速電圧としては、０．５ｋＶ以上で且つ２００ｋＶ以下であることが好ましい。
【００４１】
【発明の効果】
本発明に係る第１又は第２のパターン形成方法によると、第１回目のパターン露光と第２回目のパターン露光との間で、パターンの転写位置が異なるので、第１回目のパターン露光により得られる第１のパターンと第２回目のパターン露光により得られる第２のパターンとの間の位置ずれが低減する。
【図面の簡単な説明】
【図１】  (a) 〜(d) は第１の実施形態に係るパターン形成方法の各工程を示す断面図である。
【図２】  (a) は第１の実施形態に係るパターン形成方法の一工程を示す断面図であり、(b) は第１の実施形態に係るパターン形成方法の一工程を示す平面図である。
【図３】  (a) 〜(d) は従来のパターン形成方法の各工程を示す断面図である。
【図４】  (a) は従来のパターン形成方法の一工程を示す断面図であり、(b) は従来のパターン形成方法の一工程を示す平面図である。
【符号の説明】
１０  半導体基板
１１  レジスト膜
１１ａ  第１の露光部
１１ｂ  第２の露光部
１１ｃ  未露光部
１２Ａ、１２Ｂ  プロジェクション露光
１３  第１のマスク
１４  第２のマスク
１５  レジストパターン
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
0003727296.tif 000005