(57)【特許請求の範囲】
【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い、現像処理を施してレジストパターンを形成した後、このレジストパターンに対し、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が該レジストパターンの設計に対するずれの分布に対応するように行って該レジスト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。
【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ことによりレジストパターンのずれの分布を補正することを特徴とする請求項１に記載のレジストパターンの形成方法。
【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該堆積された有機材料を部分的にエッチング除去することによりレジストパターンのずれの分布を補正することを特徴とする請求項１に記載のレジストパターンの形成方法。
【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い、現像処理を施してレジストパターンを形成した後、このレジストパターンに対し、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が該レジストパターンの設計に対するずれの分布に対応するように行って該レジスト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を提供する。
【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デ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称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、非対称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を印加するか、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、３００Ｗ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１５：８５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０．２μｍ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１５：８５の混合ガスを導入し、エッチングを行った。３０Ｐａ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６（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０．０７５μｍ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０．０５μｍ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１１５ｎｍ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±４７ｎｍ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】
１１，１２，１３，４１，５１，５２，５３，６１，６２，６３…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】
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【図５】
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【図６】
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