(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板にレジストを塗布する工程と、前記レジストの複数の領域を異なる強さで露光する露光工程と、露光後、前記レジストをベークする工程とを有し、前記露光工程で用いるフォトマスクは、相互に光の透過率が異なる３つの領域を有し、第１の領域から第３の領域まで順次光の透過率が高くなるように構成し、前記第１の領域に囲まれた前記第３の領域が、前記第２の領域に囲まれた前記第３の領域よりも密に設けられていることを特徴とするレジストパターン製造方法。
【請求項２】
前記レジストにホールパターンを設けるために、ホール間が広いピッチのパターンに対向したマスクの領域を半透光領域とし、ホール間が狭いピッチのパターンに対向したマスクの領域を遮光領域とし、半透過性を有するマスクの透過率をホールピッチによって分かるレジスト寸法の縮み程度に応じたものとすることを特徴とする請求項１記載のレジストパターン製造方法。
【請求項３】
前記レジストの膜厚を０．１μｍとし、前記レジストのホールピッチを０．８μｍ以上とした領域に対応するマスク領域をレジスト寸法の縮みを抑制する前記半透光領域としたことを特徴とする請求項１記載のレジストパターン製造方法。
【請求項４】
前記ホールパターンをホールの繰り返しパターンとし、該ホールパターンの最外周部のパターンに対応するマスク領域を半透光領域としたことを特徴とする請求項２記載のレジストパターン製造方法。
【請求項５】
ｎを０＜ｎ＜１００の範囲の任意の数とするとき、ホールパターンの大きさが、透過率０％と透過率ｎ％の場合のシュリンク前寸法に対するシュリンク後寸法の変化を表す両特性曲線の交点に対応するシュリンク前寸法より大きい範囲のシュリンク前寸法の場合、前記マスクの透過率を前記ｎ％としたことを特徴とする請求項１乃至４のいずれか１項記載のレジストパターン製造方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明はフォトレジスト微細パターンの形成、特にレジストの熱フローを利用した微細パターン形成方法に関するものである。
【０００２】
【従来技術】
一般に、従来のレジスト微細パターン形成技術は、微細パターンを描画してあるマスクに、レジストが感光する波長の光を通してレジスト膜を露光、現像する事で得られる。また、現像して得られたパターンにレジストが熱フローを起こす温度を与えることにより、例えばホールパターンを小さくしたり、その他パターンの寸法、形状を変化させることが可能である（図１０（ａ））。また、一般的なポジレジストのように、光照射を引き金として、保護基を脱離し、レジスト膜の耐熱性を向上するようなレジストは、パターン現像後、さらに任意の場所に光照射を行うことで光照射した箇所の熱フローを制御することができる（図１０（ｂ））。
【０００３】
まず、従来例の熱フロープロセスを図１０（ａ）に基づいて説明する。
【０００４】
図１０は、従来例の熱フロープロセスである。
（ａ）ウエハ１０上にレジスト１１を塗布する。
（ｂ）該レジスト１１上にマスク１２を位置決めし、露光する。
次に、前記露光によりマスクパターンの開口に対応するレジスト１１の領域１５が露光される。
（ｃ）上記レジスト１１を現像すると、前記露光領域１５が除去され、この露光領域１５により画成される開孔１８を有するレジスト１１が形成される。
（ｄ）次に、ベークすると、マスク１２の遮光部により遮光されたレジスト部分１６は、未露光で保護基Ｒが残っているため、耐熱性が低くなり、熱垂れを起こし、開孔１８の径を縮小する、即ち、縮小した径の開孔１９となる。
【０００５】
次に従来の２重露光を適用した熱フロープロセスを図１０（ｂ）に示す。
マスクＡを用いて露光する工程までは図１０（ａ）の工程と同じである。次に、マスクＡの約半分のサイズのマスクＢを用いてレジストの半分を露光する。次に、ベーク（熱フロー）すると、露光されたレジスト部分の開孔１８はシュリンクを起こさず、マスクＢによって遮光されたレジスト部分がシュリンクを起こし開孔１８が縮小した径の開孔１９になる。
【０００６】
上記レジストを、例えば、図１１に示す一般的なポジレジストで説明する。
【０００７】
図１１は従来のポリヒドロキシスチレン構造単位を含有する重合体の構造式を示す図である。
【０００８】
ポリヒドロキシスチレンは、露光前の状態では水酸基−ＯＨの代わりに−ＯＲを有している。Ｒは−ＯＨの保護基である。
【０００９】
「保護基」とは以下の「」の意味となる。「官能基などを２つ以上含む有機化合物の反応ではその官能基のところで反応が起こる場合が多い。そのような化合物のある官能基のみに反応させたいときは、それ以外のより反応しやすい官能基を、その反応中には反応しないが、反応後簡単にもとに戻せるように変換することが必要である。これを保護という。反応性の特性基を一時的に保護する目的で使われる原子団を保護基という。」
上記−ＯＲを有するレジストに露光すると、レジスト中に存在する光酸発生剤が反応して酸が発生する。その後、熱が加えられると、その酸を触媒として、上記−ＯＲは水酸基−ＯＨに変化する。
【００１０】
この変化の過程で、露光前の−ＯＲを備えたレジストに比べ、露光によって−ＯＲが−ＯＨへ変化したレジストの方が耐熱性が向上する。この結果、露光した後の水酸基−ＯＨを備えたレジストは、−ＯＲを備えたレジストに比べ、加熱によるレジスト膜の変形を抑えることができる。
【００１１】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記の形成方法（プロセス）では、２回の露光プロセスが必要であり、新たな設備投資、２枚のマスク作成、最終パターン形成までに要する時間がかかる問題がある。また、現像後から２度露光までの時間、環境の管理が必要となる問題もある。
【００１２】
本発明の目的は、透過率の異なる複数の領域を有するマスクを用いて、１回の露光プロセスによってレジストに容易に熱フロー効果を起こさせるようにする、露光用マスクおよび露光用マスクを用いたレジストパターンの製造方法を提供することである。
【００１３】
【課題を解決するための手段】
本発明は上記目的を達成するために以下の解決手段を採用する。
（１）  レジストパターン製造方法において、基板にレジストを塗布する工程と、前記レジストの複数の領域を異なる強さで露光する露光工程と、露光後、前記レジストをベークする工程とを有し、前記露光工程で用いるフォトマスクは、相互に光の透過率が異なる３つの領域を有し、第１の領域から第３の領域まで順次光の透過率が高くなるように構成し、前記第１の領域に囲まれた前記第３の領域が、前記第２の領域に囲まれた前記第３の領域よりも密に設けられていることを特徴とする。
（２）  上記（１）記載のレジストパターン製造方法において、前記レジストにホールパターンを設けるために、ホール間が広いピッチのパターンに対向したマスクの領域を半透光領域とし、ホール間が狭いピッチのパターンに対向したマスクの領域を遮光領域とし、半透過性を有するマスクの透過率をホールピッチによって分かるレジスト寸法の縮み程度に応じたものとすることを特徴とする。
（３）  上記（１）記載のレジストパターン製造方法において、前記レジストの膜厚を０．１μｍとし、前記レジストのホールピッチを０．８μｍ以上とした領域に対応するマスク領域をレジスト寸法の縮みを抑制する前記半透光領域としたことを特徴とする。
（４）  上記（２）記載のレジストパターン製造方法において、前記ホールパターンをホールの繰り返しパターンとし、該ホールパターンの最外周部のパターンに対応するマスク領域を半透光領域としたことを特徴とする。
（５）  上記（１）乃至（４）のいずれか１項記載のレジストパターン製造方法において、ｎを０＜ｎ＜１００の範囲の任意の数とするとき、ホールパターンの大きさが、透過率０％と透過率ｎ％の場合のシュリンク前寸法に対するシュリンク後寸法の変化を表す両特性曲線の交点に対応するシュリンク前寸法より大きい範囲のシュリンク前寸法の場合、前記マスクの透過率を前記ｎ％としたことを特徴とする。
【００１４】
【発明の実施の形態】
本発明の実施の形態を以下図を参酌して詳細に説明する。
【００１５】
（本発明の第１実施例）
図１は本発明の第１実施例のプロセスフローである。
【００１６】
図２は本発明の第１実施例に使用するマスクの構成図である。
【００１７】
図２の遮光部は光を透過しない部位、同じく半透過部はレジスト上で光の透過率が任意に設定されたｘ％（ただし、０＜ｘ＜１００）となるような部位である。
【００１８】
まず、第１実施例のプロセスを図１に基づいて説明する。
（ａ）ウエハ１０上にレジスト１１を塗布する。
（ｂ）該レジスト１１上に本発明のマスク１２を位置決めし、露光する。
マスク１２は、図２に例示するように、全体を２分し、左側に、中央に光透過部２０を形成した遮光部１３からなる遮光領域２４と、右側に、中央に光透過部２１を設けた光の透過率ｘ％の半透過部１４からなる半透光領域２５が設けられている。前記透過率ｘ％の設定および光透過部２１と半透過部１４とからなるパターニングは必要に応じて適宜設定される。
【００１９】
マスクは、基本的に、少なくとも透過率の異なる半透過部と遮光部を一体に設けたマスクであることを要する。
次に、前記露光によりマスクパターンの開孔に対応するレジスト１１の領域１５が露光される。
（ｃ）上記レジスト１１を現像すると、前記露光領域１５が除去され、この露光領域１５により画成される開孔１８を有するレジスト１１が形成される。
【００２０】
（ｄ）次に、ベークすると、マスク１２の遮光部１３により遮光されたレジスト部分１６は、未露光で保護基Ｒが残っているため、耐熱性が低くなり、熱垂れを起こし、開孔１８の径を縮小する、即ち、縮小した径の開孔１９となる。一方、マスク１２の半透過部１４により半透過されたレジスト部分１７は、所定の透過率なので、この透過率に対応する保護基Ｒの数に減少して残り、この減少した保護基Ｒの数に応じて耐熱性が高くなり、熱垂れを起こしにくくなる。よって開孔１８の径はほとんど縮小することなく形成される。
【００２１】
図３は図２のマスクの各領域における光透過量を示す図である。
【００２２】
図３は直線的に変化する露光量に対する透過部の透過量を示している。
【００２３】
露光量が小のレベルでは、遮光部の露光量即ち０ｍＪが０レベルを決定し、露光量が大のレベルでは、透過部の最大露光量ＡｍＪ／ｃｍ2を１００％と定義する。使用範囲は、これ以下の露光量ではレジストが熱フローを生じない半透過部の露光量を下限とし、これ以上の露光量ではレジストが現像される半透過部の露光量を上限とし、それらの間の値を半透過部の露光量≒ＢｍＪ／ｃｍ2と定義する。
【００２４】
レジストの透過率ｘ％は、図３のように透過部を透過した目標とする露光量をＡｍＪ／ｃｍ2、レジストが感光及びパターニングされないが、二重露光において熱フロー特性が変わる露光量をＢｍＪ／ｃｍ2とすると、ｘ＝（Ｂ／Ａ）×１００と表す。
【００２５】
本発明では、前記露光量０ｍＪ／ｃｍ2の領域を第１の領域、前記露光量ＢｍＪ／ｃｍ2の領域を第２の領域、前記露光量ＡｍＪ／ｃｍ2の領域を第３の領域という。
【００２６】
露光時に図２に示すようなマスクを用いた場合、マスク１２の遮光領域２４の光透過部２０を透過して露光されたレジストでは、レジストがパターニングされる程度の大きな露光量ＡｍＪ／ｃｍ２が得られるが、マスク１２の遮光領域２４の前記光透過部２０の周囲の遮光部１３に接するレジストの遮光されたレジスト部分１６は露光されない。
【００２７】
一方、マスク１２の半透過領域２５の光透過部２１を通して露光されたレジストは、ＡｍＪ／ｃｍ２の露光量が得られるが、半透過領域２５の半透過部１４を通して露光されたレジストは、透過率によるが、この例ではパターニングされない程度（ＢｍＪ／ｃｍ２）に、露光される。図１のベークでは、遮光領域２４に形成されたパターンは熱フローを生じるが、半透光領域２５では熱フローが抑制される。
【００２８】
（第１実施例の効果）
以上のように、本発明の第１実施例によれば、１枚のマスクに遮光領域と半透光領域を設けたことで、半透過部が透過部の任意ｘ％（ただし、０＜ｘ＜１００）露光される。これにより、透過率ｘ％によるが、一応にレジストの耐熱性が向上、熱フローが抑制される。
【００２９】
図４は、例えば、透過率６％のマスクを用いて、アセタール系化学増幅型のフォトレジストでホールパターンを形成した場合の熱フローによる寸法挙動と、同様に透過率０％のマスクを用いた場合の寸法挙動を比較した図である。これら２つの透過率が混在するマスクを用いれば、ホールパターンの熱フローによるシュリンク技術においては、シュリンク量を１枚のマスクで制御することが可能となる。 シュリンクとは、ベークによってホールパターンの径が小さくなることをいう。以下、詳細に説明する。
【００３０】
図４（ａ）は、透過率が６％のマスクを利用してレジストを露光し、その後、ベークを９０℃で行った場合とベークを１３６℃で行った場合とのホールパターンの大きさを示す特性図である。また、図４（ｂ）は、透過率が０％のマスクを利用してレジストを露光し、その後ベークを９０℃で行った場合とベークを１３６℃で行った場合とのホールパターンの大きさを示す特性図である。ホールパターンのシュリンクを目的とするベークの場合、１３６℃でレジストのベークを行うため、実質的には９０℃でベークを行った場合のホールパターンの大きさが、ベーク前のホールパターンの大きさに相当する。また、ホールパターンが大きいほどレジストを感光させるために多量の光が必要となるため、ホールパターンが大きいほど露光量が多くなっている。
【００３１】
図４（ａ）及び図４（ｂ）から分かるように、ベーク前のホールパターンの大きさが約０．２５μｍよりも大きい場合は、透過率６％のマスクを使用して露光した方が、ベーク後のホールパターンが大きくなる。つまり、ホールパターンのシュリンクが抑えられる。図４（ａ）及び図４（ｂ）から、透過率６％のマスクを使用して露光した場合と透過率０％のマスクを使用して露光した場合とのベーク前とベーク後とのホールパターンの大きさの変化をグラフにしたのが図４（ｃ）である。
【００３２】
（本発明の第２実施例）
本発明の第２実施例は、前記第１実施例のマスクの代わりに半透光領域を複数箇所設け、それらの領域の透過率ｘ％（ただし、０＜ｘ＜１００）を連続的かつ異なるｘ１、ｘ２、ｘ３…と設定する。
【００３３】
図５は本発明の第２実施例のマスクの構成図である。
【００３４】
図６は本発明の第２実施例のマスクの各領域における露光量を示す図である。
【００３５】
図５のマスクは、図２のマスクの構成を基本とし、左側から右側に向けて透過率の異なる４領域を連続的に展開した構成をとる。
【００３６】
図５のマスクの左側領域は、図２に示される遮光領域２４と同じものであり、該遮光領域２４は光透過部２０を中央に設けた矩形の遮光部１３からなる。
【００３７】
図５のマスクの上記左側の遮光領域２４を除く３領域は、構成上基本的に図２のマスクの半透光領域と同じであり、光透過部２１を中央に設けた矩形の半透過部１４、１４’、１４”からなる。上記透過率の値ｘ％の設定は熱フローを要する領域との関係で任意に設定する。
【００３８】
この実施例のマスクは、透過率を連続的に変化させた４領域を直線状に配置したが、これに限らず、マスクの形状およびその各領域は熱フローを要する領域との関係で任意に設定できる。
【００３９】
（透過率の設定）
図５のマスクの透過率ｘ％の設定を、図６のマスクの各領域における露光量を示す図に基づいて説明する。
【００４０】
図６は直線的に変化する露光量に対する透過部の透過量を示している。
【００４１】
露光量が小のレベルでは、遮光部の露光量即ち０ｍＪが０レベルを決定し、露光量が大のレベルでは、透過部の最大露光量ＡｍＪ／ｃｍ2を１００％と定義する。使用範囲は、これ以下の露光量ではレジストが熱フローを生じない半透過部の露光量を下限とし、これ以上の露光量ではレジストが現像される半透過部の露光量を上限とし、それらの間の連続した離散値を半透過部の露光量、Ｂ１ｍＪ／ｃｍ2（ｘ１％）、Ｂ２ｍＪ／ｃｍ2（ｘ２％）、Ｂ３ｍＪ／ｃｍ2（ｘ３％）、として設定する。上記露光量は、各領域のシュリンク量等に応じて設定される。
【００４２】
レジストの透過率ｘ％は、第１実施例と同じく、ｘ＝（Ｂ／Ａ）×１００と表す。
【００４３】
図１の露光工程において、マスクの４種類の透過率に応じた露光量でレジストが露光される。それ以外は第１実施例と同じである。
【００４４】
（第２実施例の効果）
以上のように、半透光領域において複数の透過率を有するマスクで露光することで、１枚のマスクで１度にシュリンク量の制御を複数レベルに分けて行うことができる。例えば、ｘ１％＞ｘ２％＞ｘ３％とすると、最もシュリンクを抑制できるのはｘ１％の透過率を有する領域で、次いでｘ２％、ｘ３％の順になる。
【００４５】
（本発明の第３実施例）
本発明の第３実施例は、レジストのホール（開孔）パターンにおいて、マスクの半透光領域をホール間が広いピッチのパターンに適用し、遮光領域をホール間が狭いピッチのパターンに適用する例である。この理由を図８に基づいて説明する。
【００４６】
図８は透過率０％の通常マスクを用いた、ホールパターンピッチ対寸法依存特性図である。
【００４７】
図８は露光量一定でレジストのホールパターンを１３６℃で熱フローしたときのシュリンク前後特性をピッチ毎に示している。即ち、熱フロー無しの特性を表す線は、レジスト寸法がホールピッチに拘らずほぼ一定であるのに対し、熱フロー有りの特性を表す線は、ホールピッチが狭い範囲では、熱垂れの程度が比較的小さいのでレジスト寸法の縮み程度が少なく、ホールピッチが広い範囲では、熱垂れの程度が比較的大きいのでレジスト寸法の縮み程度が大きくなる。
【００４８】
この特性から、レジストのホールパターンをベークするとき、一定のレジスト寸法とするために、ホールピッチが狭い範囲では、図８の特性曲線が平行になるように、もっと縮ませるように、即ち、レジストを遮光するように制御し、ホールピッチが広い範囲では、図８の特性曲線が平行になるように、即ち、縮みすぎないように、従って、レジストを半透過性になるように制御する必要が認められる。
【００４９】
また、ホールピッチによってレジスト寸法の縮み程度が分かるので、予め半透過性を有するマスクの透過率を所望の値に設定することが必要となる。
【００５０】
例えば、図８のレジスト寸法が０．１μｍの膜圧のレジストが必要となったとき、レジストのホールピッチ０．８μｍ以上のマスク領域に半透光領域を適用し、レジスト寸法の縮みを抑制する。
【００５１】
（シュリンク量）
図４（ｃ）のように、露光すると半透光領域は熱フローしにくくなり、ホールの場合、遮光領域に比べ同じマスクサイズでもホール径が大きくなり、ホールピッチであれば、フロー後のレジスト寸法が大きくなる。これは図８のレジストで０．８μｍ以上のピッチ部分を半透光領域とした場合、図４（ｃ）のように、０〜３０ｎｍ、（露光量によってはそれ以上）のシュリンク量抑制効果が生じ、ホールピッチ０．８μｍ未満ではシュリンク量抑制効果は生じない。
【００５２】
（第３実施例の効果）
以上のように、第３実施例によれば、ホール間隔が広いピッチ部分に半透光領域を設けることによりシュリンク量のピッチ依存性を吸収し、図８の例を取れば、ホールピッチ０．６μｍ以上で≒０．０７μｍ〜０．１５μｍ、レンジで０．０８μｍの寸法差が生じるのに対し、０．１μｍ〜０．１５μｍ、レンジで０．０５μｍに抑える事が可能となる。
【００５３】
（本発明の第４実施例）
本発明の第４実施例は、ホールの繰り返しパターンにおいて、その最外周部のパターンのマスクを半透光領域とする例である。
【００５４】
図９は透過率０％通常マスクを用いた、０．８μｍピッチ繰り返しホールパターン、外周部の熱フローによる寸法挙動を示す図である。
【００５５】
図９は、特に、熱フロー前初期寸法０．２６μｍのレジストを熱フローによってシュリンクさせた時の繰り返し端部付近の寸法を示す。図９の１〜６の数字は、１が一番端、繰り返しの内側に向かって２が２番目、３が３番目…６が６番目である。端部で寸法が小さくなってしまう部分、例えば図９では最端部と２番目を最終外部と定義すると、ここの部分のマスクを半透光領域とすることにより、最外周部のホールパターンに起こるシュリンク量の増加を抑制することができる。
【００５６】
（第４実施例の効果）
以上のように、第４実施例によれば、繰り返しパターンの最外周部を半透光領域とするマスクを用いることで前記第３実施例と同様の理由で繰り返しホールパターンの寸法レンジの変動を抑制することが可能となる。
【００５７】
（他の実施の形態）
以上の実施例では、ホールパターンの図を用いて説明したが、熱によって形状が変わる全てのレジストパターンで適用可能である。使用するマスクの図は半透光領域が光を吸収する領域として説明されているが、半透光領域をレジストが解像しないがレジストは露光されるようなダミーパターンが入った領域としても適用可能である。
【００５８】
図７は上記ダミーパターンを形成したマスクの構成図である。
【００５９】
図のマスクの左側の遮光領域２４は既に述べたものとおなじである。図の右側の半透光領域２５は、中央の光透過部２１を除いた残りの矩形領域が遮光部１３と同じ地色の穴２２の開いた穴開き部２６になっている。この穴２２の開きの程度に応じて実質的な透過率が変化する。
【００６０】
また、露光波長によって感光し、耐熱性が向上する全てのポジ型レジストで適用可能である。さらに、半透光領域２５は透過率が異なる材料によって構成されていてもよい。
【００６１】
【発明の効果】
本発明は、１回の露光によりその後のベークによってシュリンクが起こる領域と起こらない領域とを一度に形成することができるので、工程を簡単に構成することができる。
【００６２】
また、１回の露光によりその後のベークによってシュリンクが起こる領域と起こらない領域とを一度に形成することができるマスクを簡単な構成とすることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１実施例のプロセスフローである。
【図２】本発明の第１実施例に使用するマスクの構成図である。
【図３】図２のマスクの各領域における光透過量を示す図である。
【図４】透過率６％と０％のマスクを使用した時のホールパターン熱フロー挙動を示す図である。
【図５】本発明の第２実施例のマスクの構成図である。
【図６】本発明の第２実施例のマスクの各領域における露光量を示す図である。
【図７】本発明のダミーパターンを形成したマスクの構成図である。
【図８】透過率０％の通常マスクを用いた、ホールパターンピッチ対寸法依存特性図である。
【図９】透過率０％通常マスクを用いた、０．８μｍピッチ繰り返しホールパターン、外周部の熱フローによる寸法挙動を示す図である。
【図１０】従来例の熱フロープロセスである。
【図１１】従来のポリヒドロキシスチレン構造単位を含有する重合体の構造式を示す図である。
【符号の説明】
１０    ウエハ
１１    レジスト
１２    マスク
１３    遮光部
１４    半透過部
１５    露光領域
１６    遮光されたレジスト部分
１７    半透過されたレジスト部分
１８    開孔
１９    縮小した径の開孔
２０、２１    光透過部
２２    穴
２４    遮光領域
２５    半透光領域
２６    穴開き部
【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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【図７】
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【図８】
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【図９】
0003808780.tif 000010
【図１０】
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【図１１】
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