(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
補正前のマスクを用いたフォトリソグラフィ技術によって基板上に光感光性高分子材料からなるパターンを形成する第1の工程と、
前記第１の工程で形成したパターンが設けられた基板上に架橋剤を含む上層剤を塗布して加熱処理した後に当該上層剤の未反応部分を除去することにより、当該パターンの開口幅を狭めるように当該パターンに枠づけする第２の工程と、
前記第２の工程での枠づけによる前記パターンの変形度合に基づいてマスク寸法を最適化した補正マスクを得る第３の工程と、
前記第３の工程で得られた補正マスクを用いたフォトリソグラフィ技術によって基板上に光感光性高分子材料からなるパターンを形成する第４の工程と、
前記第４の工程で形成したパターンが設けられた基板上に架橋剤を含む上層剤を塗布して加熱処理した後に当該上層剤の未反応部分を除去することにより、当該パターンの開口幅を狭めるように当該パターンに枠づけする第５の工程とを行う
微細パターンの形成方法。
【請求項２】
前記第２工程の加熱処理は、１回あるいは複数回の加熱処理である
請求項１記載の微細パターン形成方法。
【請求項３】
前記第１の工程及び第４の工程のフォトリソグラフィ技術においては、前記光感光性高分子材料としてポジ型の化学増幅型レジストを用いる
請求項１または２に記載の微細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、半導体製造工程のフォトリソグラフィ工程における微細なレジストパターンの形成方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
近年、各種半導体装置における素子の微細化が進み、フォトリソグラフィに対しても、より一層の微細化が要求されている。
そこで、この要請に応える微細化方法としては、従来より、露光波長の短波長化、露光装置のレンズの高ＮＡ化、レジスト材料の最適化などが数多く提案されている。
それらの中で代表的なものとして、例えば、特開平１−３０７２２８号公報、及び特開平７−４５５１０号公報に記載されているように、未露光部レジストパターン形成後、レジスト軟化点以上の温度で熱処理し、レジストの熱流動によりパターンを微細化する方法（以下、第１の従来例という）が提案されている。
また、例えば、特開平６−２５０３７９号公報、特開平７−１３４４２号公報、特開平１０−７３９２７号公報、及び特開平１１−２０４３９９号公報に記載されているように、形成されたパターンの界面に化学反応により枠付けさせることで、パターン寸法を微細化する方法（以下、第２の従来例という）が提案されている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上述した第１の従来例では、ウエハ全体のレジストパターン全てが熱流動するため、非対称なパターン配置での形状の歪みや寸法制御性が悪いなどの問題点がある。
特に、ピッチの狭い密集パターンにおいては、レジスト材の単位体積に対して流動するレジスト材の体積が疎配列パターンの場合に比べて小さくなるため、加熱処理によるパターンの変形量が小さくなる。
すなわち、加熱処理によるパターンの変形量がパターンの疎密差によってばらつきを生じ、特に密パターンでは加熱処理によるパターン寸法の縮小化の制御は困難である。
【０００４】
また、上述した第２の従来例では、界面での化学反応、具体的にはレジストパターン中に残存する酸を熱で拡散させ、架橋反応させ、未反応部分を除去し、パターンの枠付けによる寸法縮小を行なうため、レジストからの酸の発生効率、残存量、拡散効率、架橋温度などが、レジスト材の種類によって、まちまちであること、すなわち、レジスト材の種類によっては、単位界面面積当たりの酸の濃度に濃淡が生じることが想定される。
このため、パターンの面積密度によって、寸法の縮小量が異なり、仕上がり寸法が変動したり、あるいは、平面方向での縮小寸法差が生じることがある。
いずれにしても、微細なホール、あるいは、溝条、楕円といったパターンを形成する際に、上述した従来例の方法では、パターンを単に微細化する上では効果的であるものの、寸法の制御、特に疎密依存による寸法差が生じてしまうという問題がある。
【０００５】
そこで本発明の目的は、パターン寸法の制御性を確保することができ、かつ、パターンの疎密依存性を制御することが可能な微細パターン形成方法を提供することにある。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
本発明は前記目的を達成するため、基板上に配置した光感光性高分子材料と補正マスクとを用いたフォトリソグラフィ技術により、繰り返しパターン、あるいは、異なるパターン密度を有する複数のパターンよりなる第１のパターンを形成する第１のプロセスと、前記第１のプロセスによって形成された第１のパターンに対し、パターン寸法を変化させ、微細パターンを形成する第２のプロセスとを有することを特徴とする。
【０００７】
本発明の微細パターン形成方法において、第１のプロセスでは、基板上に配置した光感光性高分子材料と補正マスクとを用いたフォトリソグラフィ技術により、繰り返しパターン、あるいは、異なるパターン密度を有する複数のパターンよりなる第１のパターンを形成する。そして、この第１のプロセスに用いる補正マスクには、予め第２のプロセスによって生じる微細パターンの変形特性を考慮したマスクパターンを有するものを用いる。次に、第２のプロセスでは、第１のプロセスによって形成された第１のパターンに対し、パターン寸法を変化させ、微細パターンを形成する。より詳しくは、次の第１の工程〜第５の工程を行う。ます、第１の工程では、補正前のマスクを用いたフォトリソグラフィ技術によって基板上に光感光性高分子材料からなるパターンを形成する。次に第２の工程では、前記第１の工程で形成したパターンが設けられた基板上に架橋剤を含む上層剤を塗布して加熱処理した後に当該上層剤の未反応部分を除去することにより、当該パターンの開口幅を狭めるように当該パターンに枠づけする。さらに第３の工程では、前記第２の工程での枠づけによる前記パターンの変形度合に基づいてマスク寸法を最適化した補正マスクを得る。次いで第４の工程では、前記第３の工程で得られた補正マスクを用いたフォトリソグラフィ技術によって基板上に光感光性高分子材料からなるパターンを形成する。その後第５の工程では、前記第４の工程で形成したパターンが設けられた基板上に架橋剤を含む上層剤を塗布して加熱処理した後に当該上層剤の未反応部分を除去することにより、当該パターンの開口幅を狭めるように当該パターンに枠づけする。前記第４の工程（第２のプロセスに対応）による微細化処理は、パターン配置による疎密依存性やパターンの非対称性による寸法縮小率の異方性等といった変形が生じるが、予め第３の工程（第１のプロセスに対応）により、このような微細化による変形特性を考慮した補正マスクによってパターン（第１のパターン）が形成されているため、このような変形の発生により、結果的に所望の微細パターンを得ることが可能となる。したがって、微細化にかかわらず、パターン寸法の制御性を確保することができ、かつ、疎密依存性を制御することが可能となり、より有効な微細パターンを得ることができる。
【０００８】
【発明の実施の形態】
以下、本発明による微細パターン形成方法の実施の形態について説明する。
本実施の形態による微細パターン形成方法は、フォトリソグラフィ技術を用いた第１のプロセスにより第１のパターンを形成した後、さらにパターン寸法を縮小するための第２のプロセスを施す際に、パターン配置の疎密差、非対称性、不規則による縮小寸法量の差を予めマスク寸法に加味させた補正マスクを介して第１のパターンを形成することにより、パターン配置の疎密に関係なく目的とする寸法の微細化を可能としたものである。
【０００９】
また、第２のプロセスとしては、形成されたパターンに熱処理を施してフローさせるプロセス、もしくは、形成されたパターンに架橋剤を含む樹脂組成物を塗布し、パターンと上層膜との界面での化学反応による枠付けを行なうプロセスを採用する。
さらに、第２のプロセスの後者のプロセスを採用した場合に、レジストパターンに含まれる酸を拡散させ、その化学反応を利用する。ここで、拡散しすぎた酸を最適にクエンチ（除去）する方法として、パターン密度の違いによって発生した酸の量、拡散長のコントロールをするための添加剤を、第２のプロセスで使う樹脂組成物に予め含ませておくものとする。
これにより、パターン配置や非対称性なパターンによらず、寸法縮小量のばらつきを低減することが可能になる。
【００１０】
なお、本形態で用いる具体的な添加剤としては、例えば、塩基性化合物、すなわち、水酸化テトラメチルアンモニウムなどのアンモニウム化合物、ｎ−ヘキシルアミンやアニリンなどのアミン類が挙げられる。
また、これらの添加剤として、一種もしくは複数種の添加剤を併用することもできる。
このような添加剤の選択及び添加量は、形成されたレジストパターンから発生する酸の種類、強さ、拡散長の長さ、発生する酸の量によって適宜決定すればよい。
また、微細パターンのパターン形状としては、ホール形状（真円形状）に限らず、例えば、楕円形状、溝条形状、または、複数の線分よりなる異径孔形状等の各種形状に対応できるものである。
【００１１】
以下、本発明の具体的な実施例を図面に基づき説明する。
なお、以下に説明する図面に示す内容は、本発明を理解できる程度に、各構成成分の寸法、形状、及び配置関係を概略的に示したものであり、また、以下の実施例に記述した内容、例えば使用材料、使用量、使用装置、膜厚、温度、時間などは本発明の一例を示すものであり、本発明は、その要旨を超えない範囲で、これらに限定されないものとする。
また、以下の実施例において、特に説明の無い限り、精密濾過後のフォトレジスト溶液の取り扱い、及び実施内容プロセスは、温湿度管理のされたイエロールームのクリーンルーム内で行ったものとする。
【００１２】
図１は、本発明の一実施例におけるプロセスフローの概略を示すフローチャートである。
まず、実際のプロセスで用いる補正マスクを作成するための手順について説明する。
この作業では、実際のプロセスと同様にして、フォトリソグラフィ技術等によって第１のパターンを形成する処理（第１のプロセス）と、その第１のパターンを微細化する処理（第２のプロセス）を行ない、その結果得られたパターンから微細化に伴うパターンの変形を分析し、この分析結果から補正マスクを作成するものである。
まず、第１のプロセス（ステップＳ１）において、被加工基板上にレジストを膜厚０．７３μｍで塗布する。ここでは、ポジ型のＫｒＦ用化学増幅型レジスト（アセタールタイプ）を用いたが、これに限らない。すなわち、熱流動を起こすレジスト材料、あるいは、化学増幅型レジストであれば用いることができ、露光波長もＫｒＦに限定されるものではない。また、後述するべーク温度や加熱温度、時間は、これに限らない。レジスト塗布、現像には、例えば、東京エレクトロン社製のＡＣＴ８を使用する。
【００１３】
次に、フォトリソグラフィプロセスにより、所望の部分のレジストを選択的に除去し、第１のパターンを形成する。この際、本例では次に示す工程を行う。
まず、上述したレジスト塗布後、その塗布基板をホットプレート上に載置し、９０°Ｃの加熱温度で１分間のプリべーク処理を行う。次に、例えば、ニコン社製のＫｒＦスキャナ（ＮＳＲ−２０２Ａ）によって、コンタクトホールパターンのマスクを介して４０ｍＪ／ｃｍ2 の露光量で露光する。
【００１４】
次に、第１のプロセス（ステップＳ２）においては、補正前のマスク（ここではマスクＡという）を用いてパターンを形成する。
図２（Ａ）は、このマスクＡによるパターンの具体例を示している。
このマスクＡは、ホール形成のための４倍マスクであり、マスク上寸法を０．４８〜１．２μｍの範囲とし、ピッチに１対０．５、１対１、１対２の１６列パターン配列を有するハーフトーンマスクである。また、マスク上のパターン形状は、正方形の抜きパターンである。
次に、上述したマスクＡを介して露光された基板をホットプレート上に載置し、１００°Ｃの加熱温度で１分間のポストエクスポージャべーク処理を行う。そして、２．３８％の水酸化テトラメチルアンモニウム水溶液によって現像し、さらに純水でリンスを行い、第１のパターンを形成する。
【００１５】
次に、第２のプロセス（ステップＳ３）に移行する。この第２のプロセスは、上述のように形成された第１のパターンに熱処理を施してフローさせるプロセス（ステップＳ４）、もしくは、形成されたパターンに架橋剤を含む樹脂組成物を塗布し、パターンと上層膜との界面での化学反応による枠付けを行なうプロセス（ステップＳ５）が採用できるが、ここでは双方を組み合わせて行なう場合について説明する。
このプロセスでは、まず、加熱処理として、現像された基板をホットプレート上に載置し、１１０°Ｃの加熱温度で１分間のポストべーク処理を行う。
【００１６】
通常の場合は、例えば２６０ｎｍ相当の１対２ピッチの設計に対し、２２０ｎｍのホールのレジストパターンが形成される。なお、本例では、このパターンを本発明の効果を判断するための試料として、サンプル１とする。
次に、以上のようなホールパターンに、さらに水溶性樹脂組成物の上層剤を塗布し、ソフトベーク８５°Ｃ、７０秒、ミキシングベース９０°Ｃ、９０秒の加熱処理を行う。続けて、上層剤の未反応部分を除去する目的で、水系リンス液を用い、５０秒間リンスする。その後、１００°Ｃ、９０秒のポストべークを行う。このようにして微細パターンを形成する（ステップＳ６）。なお、ここで形成された試料をサンプル２とする。
図２（Ｂ）は、このような第２のプロセスによって得られたパターンの具体例を示している。
【００１７】
次に、このサンプル２のマスクで２６０ｎｍ相当の１対１の仕上がりパターンに着目し、測長を行う。
それにより、例えば、１６列ある両端のホール形が縦長の楕円に変形していたものとする。また、端から内側に入るに従って、楕円から円に変形し、円形の直径は、１対１では、１４０ｎｍ、１対２では、１２０ｎｍに仕上がっていたものとする。
そこで、このようなホール変形度合いとシュミレーション検討をもとに、マスク寸法の補正の最適化を行う。例えば、１６列の両端列、端より２列目、残り中央部１２列、１対１と１対２ピッチについて、各々必要な補正量をマスクＡに適用し、補正マスクを得る。これをマスクＢとする。
なお、補正の方法としては、以上の手順に限らないものとする。必要であれば、さらに細かく補正することも可能であり、また第１のパターンを形成するレジストの種類によっては補正の程度も小さくて良い。
【００１８】
次に、以上のようにして得られた補正マスクＢを用いて、ステップＳ１〜Ｓ６に示す第１、第２のプロセスを実行する。なお、この補正マスクＢを用いて第１のパターンを作成する工程は、上述したマスクＡを用いた場合と同様であるので説明は省略する。
また、このような補正マスクＢを用いて形成した第１のパターンをサンプル３とする。
なお、このサンプル３において、２６０ｎｍ相当の１対１と１対２の仕上がりパターンに着目し、測長を行った結果、１対１、及び１対２では、１６列のいずれも１４０ｎｍの円形にパターンが形成されることが判明した。
【００１９】
次に、補正マスクＢを介して、上述した第２のプロセス（ステップＳ３〜Ｓ６）を施す。そして、この一連のプロセスを施す際には、ステップＳ５の処理で用いる水溶性樹脂組成物の上層剤には、極微量の水酸化テトラメチルアンモニウムを添加したものを用いる。これは、上述のようにレジスト材に含まれる酸のうちの拡散しすぎた酸を最適にクエンチ（除去）するためのものである。
このような第２のプロセスによって得られたパターンをサンプル４とする。
【００２０】
図３は、上述した各サンプル１〜４の寸法比較表を示す説明図であり、図３（Ａ）はマスクＡを使用した場合の寸法、図３（Ｂ）は補正したマスクＢを使用した場合を示している。図中の横軸は、各マスクの左からの位置（１個目〜１６個目）を示し、縦軸は仕上がり寸法の測定値（ｎｍ）を示している。
図３（Ａ）に示す実線ａはサンプル１の測定値であり、破線ｂは第２のプロセス終了時の１対１ピッチのサンプル２の測定値、破線ｃは第２のプロセス終了時の１対１ピッチのサンプル２の測定値を示している。
また、図３（Ｂ）に示す破線ｄは第２のプロセス終了時の１対１ピッチのサンプル３の測定値、破線ｅは第２のプロセス終了時の１対２ピッチのサンプル３の測定値、実線ｆはサンプル４の測定値を示している。
図示のように、マスクＡを使用した場合に比べて、補正マスクＢを使用した場合は、パターン密度等に依存せず、ばらつきの小さい微細パターンを得ることができる。
すなわち、本実施の形態による微細パターン形成方法によれば、疎密依存性等を低減した微細なパターン形成が可能になる。特に、微細化が困難とされる複数の密度の異なる配列パターンが、同一層に存在するホール形成が実現でき、フォトリソグラフィを用い、超ＬＳＩの製造を実現することが可能である。
【００２１】
【発明の効果】
以上説明したように本発明の微細パターン形成方法では、基板上に配置した光感光性高分子材料と補正マスクとを用いたフォトリソグラフィ技術により、繰り返しパターン、あるいは、異なるパターン密度を有する複数のパターンよりなる第１のパターンを形成する第１のプロセスと、前記第１のプロセスによって形成された第１のパターンに対し、パターン寸法を変化させ、微細パターンを形成する第２のプロセスとを有する。
このため本発明によれば、パターンの微細化を行なう場合に、パターン寸法の制御性を確保することができ、かつ、疎密依存性を制御することが可能となり、より有効な微細パターンを得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態におけるプロセスフローの概略を示すフローチャートである。
【図２】図１に示すプロセスで用いるパターン配列を一例を示す概略平面図である。
【図３】図１に示すプロセスを適用した場合の各プロセスにおける各サンプルの寸法比較表を示す説明図である。
【図１】
0004552326.tif 000002
【図２】
0004552326.tif 000003
【図３】
0004552326.tif 000004