JP3943741B2

JP3943741B2 - パターン形成方法

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Publication number: JP3943741B2
Application number: JP190799A
Authority: JP
Inventors: 昌史浅野
Original assignee: Toshiba Corp
Current assignee: Toshiba Corp
Priority date: 1999-01-07
Filing date: 1999-01-07
Publication date: 2007-07-11
Anticipated expiration: 2019-01-07
Also published as: JP2000199953A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、半導体装置の製造等に必要とされる微細なパターンを形成するためのパターン形成技術に係わり、特にレジスト現像プロセスの改良をはかったレジストパターン形成方法、及びこれを用いたパターン形成方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、半導体装置の製造において、ウェハ上に微細なパターンを形成するために光リソグラフィが用いられている。図１２を用いて、光リソグラフィにおける従来のレジストパターン形成方法を説明する。
【０００３】
縮小露光装置を用い、繰り返しピッチがＰ（ウェハ上の値に換算）のライン・アンド・スペース（Ｌ／Ｓ）パターンを有する露光用マスクを用い、このマスクのパターンを露光量Ｅでウェハ上に転写する。図１２（ａ）に、マスク９０に対するウェハ面上での像強度分布を示す。
【０００４】
一般に、ウェハ上に形成されるレジスト膜は、現像時に露光部が溶けるポジ型と未露光部が溶けるネガ型との２種類あり、それぞれ理想的なγ曲線は、図１２（ｂ）及び（ｃ）のようになる。露光用マスク９０を通過して得られた像強度分布を持つレジスト膜はこのγ曲線に従って現像され、従って図１２（ｄ）のようにレジストパターン９１がウェハ９２上に形成される。
【０００５】
原理的な限界解像度は露光波長λ，レンズ開口数ＮＡにより決まる。通常照明では、バイナリーマスク使用時、λ／ＮＡ以下のピッチを持つパターンでは、±１次の回折光が投影レンズ瞳面の開口絞りに遮られるため、ウェハ面に０次光しか到達せず結像できない。このように一般的なγ曲線を有するレジストを用いると、その限界解像度は露光装置で決まる。
【０００６】
これに対し、図１３（ａ）又は（ｂ）に示すようなγ特性を持つレジストを用いることにより、解像度を２倍に向上させる方法が提案されている（特開平８−２５０３９５号公報）。この方法では、露光量の大きなところと小さなところでレジストが可溶（或いは不溶）、中間の露光量領域でレジストが不溶（或いは可溶）となることで、Ｌ／Ｓパターンを形成することができる。
【０００７】
しかしながら、この種の方法にあっては次のような問題があった。即ち、露光量の狭い範囲で図１３のような感度特性を作るのは極めて困難であり、実際にこのような性質を持つレジストを実現することは難しい。また、仮に実現できたとしても、特殊な材料を用いる必要があり、さらに材料選択の難しさもあり、製造コストの増大を招くと考えられる。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
このように従来、前記図１３に示すような特殊なレジストを用いることによりレジストパターンの解像度を２倍に向上させることができるが、この種のレジストは実現することが難しく、仮に実現できたとしてもコスト的に不利となる。
【０００９】
本発明は、上記事情を考慮して成されたもので、その目的とするところは、通常のレジストを用いるにも拘わらず、レジストパターンの解像度を２倍に向上させることのできるレジストパターン形成方法及びパターン形成方法を提供することにある。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
（構成）
上記課題を解決するために本発明は次のような構成を採用している。
【００１１】
即ち本発明は、レジストパターン形成方法において、被処理基板上にレジスト膜を形成する工程と、前記レジスト膜に所望パターンを露光する工程と、前記レジスト膜を該レジスト膜がポジパターンを得るような第１の現像液を用いて現像する工程と、前記レジスト膜を該レジスト膜がネガパターンを得るような第２の現像液を用いて現像する工程とを含み、第１の現像液は前記レジスト膜の露光量Ｅ＞Ｅ２となる領域を溶解させ、第２の現像液は前記レジスト膜の露光量Ｅ＜Ｅ１となる領域を溶解させ、露光量ＥがＥ１≦Ｅ≦Ｅ２（但し、Ｅ１＜Ｅ２）の範囲に含まれる領域のみレジスト膜を残存させることを特徴とする。
【００１３】
(1) 第１の現像液として極性の高い溶液を用い、第２の現像液として極性の低い溶液を用いること。
(2) 極性の高い溶液としてアルカリ水溶液を用いること。
(3) 極性の低い溶液として有機溶媒を用いること。
(4) 化学増幅型のレジストを用いること。
【００１４】
(5) 被処理基板上に０次回折光のみ到達するような周期を有するパターンが配置されたレチクルを用いること。
(6) 繰り返し周期をλ／ＮＡ（１＋σ）以下としたパターンが配置されたレチクルを用いること。但し、λ，ＮＡ，σは、それぞれ露光装置の露光波長，レンズ開口数，コヒーレンスファクタとする。
【００１５】
また本発明は、被処理基板上に所望のパターンを形成するためのパターン形成方法において、上記のレジストパターン形成方法でレジストパターンを形成した後に、このレジストパターンをマスクに下地を加工する工程と、加工により形成された溝に所望の膜を埋め込む工程とを含むことを特徴とする。
【００１６】
また本発明は、被処理基板上に所望のパターンを形成するためのパターン形成方法において、上記のレジストパターン形成方法によりレジストパターンを形成した後に、このレジストパターンをマスクにして下地を加工する工程と、前記レジストパターンを除去した後に再度レジスト膜を形成する工程と、再度形成したレジスト膜に不要パターン除去のための露光を行う工程とを含むことを特徴とする。
【００１７】
また本発明は、上記のレジストパターン形成方法を用いて半導体装置又は精密部品を製造することを特徴とする。
【００１８】
（作用）
あるレジストが現像液Ａ（第１の現像液）ではポジ型、現像液Ｂ（第２の現像液）ではネガ型となり、それぞれγ曲線が図１（ａ）に示すことを想定する。ここで、露光量ＥがＥ１＜Ｅ＜Ｅ２の範囲ではＡ，Ｂどちらの現像液を用いてもレジストは不溶となる。
【００１９】
図１（ｂ）に示すように、Ｌ／Ｓパターンの露光用マスク２を露光光１により所定の露光量で露光し、レジスト面での露光量分布が同図のようになれば、現像液Ａ，Ｂを用いて順に現像することで（順番は逆でも可）露光量Ｅ＜Ｅ１及びＥ＞Ｅ２でレジストが溶解し、Ｅ１＜Ｅ＜Ｅ２ではレジストが残る。結果的に図１（ｃ）に示すように、露光用マスク２のパターンの半ピッチを有するＬ／Ｓのレジストパターン３がウェハ４上に得られる。
【００２０】
なお、現像液Ａ，Ｂを用いたときのγ曲線の関係が図１（ｄ）に示すように、いずれの現像液を用いても不溶となる領域がない場合では、上記の効果は得られない。
【００２１】
また、本発明プロセスはあらゆる露光光源に対して適用可能である。特に、ｇ線，ｉ線等のＭＵＶ露光、ＫｒＦ，ＡｒＦ等のＤＵＶ露光、Ｆ₂等のＶＵＶ露光のように光リソグラフィに対して有効であるが、Ｘ線，ＥＢ，イオンビーム等を利用したリソグラフィについても適用できる。
【００２２】
一般のポジ型レジストは、非極性基である溶解抑止剤を露光により分解し、水酸基やカルボキシル基等の極性基を生成することで、アルカリ性の現像液に対して可溶となる。ここで、現像液をアルカリ性のものから非極性のもの、例えばある特定の有機溶媒等に変更すると、未露光部が溶解して露光部が残る。即ち、ネガパターンを得ることができる。
【００２３】
よって、現像プロセスにおいて、非極性基を溶解する極性の低い溶液、極性基を溶解する極性の高い溶液を用いて順次現像すると、レジスト膜中の非極性基の多い部分（露光量の低い、或いは高い領域）と極性基の多い部分（露光量の高い、或いは低い領域）を溶解し、極性基と非極性基の混在した部分（中間的な露光量領域に相当する）が現像液に溶解せずに残存する。
【００２４】
極性の高い溶液としては、一般的なレジストの現像液であるアルカリ水溶液が適当である。例えば、水酸化カリウム水溶液やテトラメチルアンモニウムハイドライド（ＴＭＡＨ）水溶液があげられる。それらの規定度は用いるレジストに対して適当であるように調整すべきであるが、市販の現像液であるＭＦ３１２（シプレー社製）等を純水で希釈してもよい。
【００２５】
極性の低い溶液としては、各種の有機溶媒が適当と考えられる。例えぱ、ジエチルエーテル，テトラヒドロフラン，アニソール等のエーテル類、アセトン，メチルイソブチルケトン，シクロヘキサノン等のケトン類等があげられる。幾つかの有機溶媒を混合したものでもよく、用いるレジストに対して最適なものを実験的に見つけることが必要と考えられる。
【００２６】
ＫｒＦやＡｒＦ等のＤＵＶ露光にポジ型として広く使用されている化学増幅型レジストは、ポリビニルフェノール等の側鎖の一部をアルカリ現像液に対して不溶とさせる極性の低い官能基（溶解抑止基）、例えばｔ−ブトキシカルボニル基、ｔ−ブトキシカルボニルメチル基、アセタール基等、に置換したものを樹脂としている。感光剤は酸発生剤と呼ばれる露光により強酸を発生するもの、例えばオニウム塩を用いており、この強酸がＰＥＢ中に触媒となり溶解抑止基を分解する。
【００２７】
即ち、露光前後でレジスト樹脂は極性の低い状態から極性の高い状態へと変化する。よって、極性の低い溶液を用いれば未露光部、極性の高い溶液を用いれば露光部が溶解するため、一般的な化学増幅型レジストは最適な材料の一つと考えられる。
【００２８】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の詳細を図示の実施形態によって説明する。
【００２９】
（第１の実施形態）
図２は、本発明の第１の実施形態に係わるレジストパターン形成方法を示す工程断面図である。
【００３０】
まず、図２（ａ）に示すように、Ｓｉウェハ１０上に６０ｎｍ厚の有機反射防止膜（ＡＲ３：シプレー社製）１１を形成した被処理基板上に、化学増幅型レジストを塗布し、１００℃／９０秒のプリベークを行い、２００ｎｍ厚のレジスト膜１２を形成した。用いたレジストは、樹脂にｐ−ｔ−ブトキシカルボニルメトキシスチレンと４−ヒドロキシスチレンの共重合体、酸発生剤をトリフェニルスルフォネートとしたものである。
【００３１】
次いで、図２（ｂ）に示すように、０．６ＮＡのＫｒＦエキシマ露光装置を用い、波長２４８ｎｍの露光光１３により、２００ｎｍＬ／Ｓパターン（ウェハ上の寸法に換算）を配置した露光用マスク１４をレジスト膜１２へ転写した。
【００３２】
次いで、１００℃／９０秒の露光後ベーク（ＰＥＢ）を行い、０．１規定のテトラメチルアンモニウムハイドライド（ＴＭＡＨ）水溶液により３０秒間現像した。続いて、純水によりリンスし、スピン乾燥を行った。この第１の現像液により、図１（ｃ）に示すように、レジスト膜１２の露光量が十分大きい領域のみ除去された。
【００３３】
次いで、アニソールとメチルイソブチルケトン（ＭＩＢＫ）の混合溶液（混合比４：１）により６０秒間現像して、アニソールによりリンスを行った。この第２の現像液により、図１（ｄ）に示すように、レジスト膜１２の露光量が十分小さい領域のみ除去された。
【００３４】
このように本実施形態では、ＴＭＡＨ水溶液による最初の現像処理で露光量の大きな領域のレジスト１２を除去し、アニソール／ＭＩＢＫの混合溶液による２回目の現像で露光量の小さな領域のレジスト１２を除去した。現像時間を調整することで、中間的な露光量領域のみレジスト１２を残すことができる。それぞれ２回の現像で微細なスペースを作成した結果、露光マスクパターンの半ピッチを有する１００ｎｍのＬ／Ｓパターンを得ることができた。
【００３５】
比較のために従来技術により１００ｎｍのＬ／Ｓパターンの形成を試みるべく、同じ露光量、レジストを用いて、１００ｎｍＬ／Ｓが配置された露光マスクを転写した。ＰＥＢまで、本実施形態と同様なプロセスを経た後に、０．２７規定ＴＭＡＨ水溶液により６０秒間の現像を行ったが、１００ｎｍＬ／Ｓパターンは解像されなかった。
【００３６】
このように本実施形態によれば、レジスト膜１２に対してポジ型となる第１の現像液で現像した後に、レジスト膜１２に対してネガ型となる第２の現像液で現像することにより、中間露光量領域のみを残すことができ、マスクパターンの半ピッチのＬ／Ｓパターンを形成することができる。そしてこの場合、特殊なレジストを用いる必要はなく、通常のレジストを用いて低コストに実現することができる。即ち、通常のレジストを用いるにも拘わらず、レジストパターンの解像度を２倍に向上させることができ、その有用性は大である。
【００３７】
（第２の実施形態）
図３は、本発明の第２の実施形態に係わるレジストパターン形成方法を示す工程断面図である。
【００３８】
まず、図３（ａ）に示すように、Ｓｉウェハ２０上に６０ｎｍ厚の有機反射防止膜（ＡＲ３：シプレー社製）２１を形成した被処理基板上に、化学増幅型レジストを塗布し、１００℃／９０秒のプリベークを行い、１００ｎｍ厚のレジスト膜２２を形成した。用いたレジストは、樹脂にｐ−ｔ−ブトキシカルボニルメトキシスチレンと４−ヒドロキシスチレンの共重合体、酸発生剤をトリフェニルスルフォネートとしたものである。
【００３９】
次いで、図３（ｂ）に示すように、０．６ＮＡのＫｒＦエキシマ露光装置を用い、波長２４８ｎｍの露光光２３により、露光用マスク２４のパターンをレジスト膜２２へ転写した。露光用マスク２４は、図４（ａ）に示すように、４００ｎｍピッチで市松格子状にパターン配置したハーフトーンマスク（透過率６％，位相差１８０度）である。ここで、２６はハーフトーン領域、２７は透明領域である。
【００４０】
次いで、１００℃／９０秒のＰＥＢを行い、０．１規定のＴＭＡＨ水溶液により３０秒間現像した。続いて、純水によりリンスし、スピン乾燥を行った。この第１の現像液により、図３（ｃ）に示すように、レジスト膜２２の露光量の十分大きい領域のみ除去された。
【００４１】
次いで、アニソールとＭＩＢＫの混合溶液（混合比４：１）により６０秒間現像して、アニソールによりリンスを行った。この第２の現像液により、図３（ｄ）に示すように、レジスト膜２２の露光量の十分小さい領域のみ除去された。
【００４２】
このように本実施形態では、ＴＭＡＨ水溶液による最初の現像処理で露光量の大きな領域のレジスト２２を除去し、アニソール／ＭＩＢＫの混合溶液による２回目の現像で露光量の小さな領域のレジスト２２を除去した。現像時間を調整することにより、中間的な露光量領域のみレジスト２２を残すことができる。それぞれ２回の現像で微細なホールを作成した結果、図４（ｂ）に示すように、２００ｎｍピッチで孔径１００ｎｍのコンタクトホール２９のアレイを得ることができた。
【００４３】
比較のために第１の実施形態に記載した従来法によるパターン形成法も実験したが、本実施形態と同様のコンタクトホールアレイは形成できなかった。
【００４４】
このように本実施形態によれば、レジスト膜２２に対してポジ型となる第１の現像液で現像した後に、レジスト膜２２に対してネガ型となる第２の現像液で現像することにより、中間露光量領域のみを残すことができ、マスクパターンの半ピッチの市松格子パターンを形成することができる。そしてこの場合、特殊なレジストを用いる必要はなく、通常のレジストを用いて低コストに実現することができる。従って、第１の実施形態と同様の効果が得られる。
【００４５】
（第３の実施形態）
図５は、本発明の第３の実施形態に係わるパターン形成方法を示す工程断面図である。
【００４６】
まず、図５（ａ）に示すように、Ｓｉウェハ３０上に熱酸化膜（１００ｎｍ）３１とＴＥＯＳ（２００ｎｍ）膜３２を形成した。続いて、図５（ｂ）に示すように、６０ｎｍ厚の有機反射防止膜（ＡＲ３：シプレー社製）３３を形成した後、化学増幅型レジストを塗布し、１００℃／９０秒のプリベークを行い、２００ｎｍ厚のレジスト膜３４を形成した。用いたレジストは、樹脂にｐ−ｔ−ブトキシカルボニルメトキシスチレンと４−ヒドロキシスチレンの共重合体、酸発生剤をトリフェニルスルフォネートとしたものである。
【００４７】
次いで、０．６ＮＡのＫｒＦエキシマ露光装置（光源波長２４８ｎｍ）を用いて、図６（ａ）に示すような露光用マスク３５のパターンをレジスト膜３４に転写した。このマスク３５は、領域Ａに４００ｎｍ周期のＬ／Ｓパターン、領域Ｂにパッド部として大面積の抜きパターン、領域Ｃに大面積のレジスト残しパターンを作るための２００ｎｍ周期のＬ／Ｓパターンを配置している。
【００４８】
次いで、１００℃／９０秒のＰＥＢを行い、０．１規定のＴＭＡＨ水溶液によりレジスト膜３４を３０秒間現像した。続いて、純水によりリンスし、スピン乾燥を行った。これにより、図５（ｃ）に示すように、レジスト膜３４の露光量の十分大きい領域のみが除去された。
【００４９】
次いで、アニソールとＭＩＢＫの混合溶液（混合比４：１）によりレジスト膜３４の６０秒間現像して、アニソールによりリンスを行った。これにより、図５（ｄ）に示すように、レジスト膜３４の露光量の十分小さい領域のみが除去された。
【００５０】
図６（ｂ）に上記のプロセスで形成されたレジストパターンを示す。図中の３４はレジスト膜の残った領域、３６はレジスト膜の除去された領域である。本実施形態では、露光量の大きなところと小さなところでレジスト膜３４が溶解し、中間的な露光量でレジスト膜３４が残る。従って、領域Ａには２００ｎｍ周期のＬ／Ｓレジストパターン、領域Ｂにはレジスト抜きパターンが形成される。
【００５１】
ポイントは領域Ｃで、ここではウェハ面上に０次回折光しか与えない微細なＬ／Ｓパターンが配置されているために、レジスト膜３４にはある一定の露光量が一様に与えられる。２度の現像でレジスト膜３４が残存するような露光量となるように、露光用マスク３５のパターンの開口幅を調整しているので、領域Ｃでは全面にレジスト膜３４が残ることになる。
【００５２】
次いで、図５（ｅ）に示すように、レジスト膜３４をマスクにして反射防止膜３３とＴＥＯＳ膜３２を選択エッチングした。その後、図５（ｆ）に示すように、レジスト膜３４と反射防止膜３３を剥離した。
【００５３】
次いで、図５（ｇ）に示すように、ＴＥＯＳ膜３２に形成された溝にスパッタリング法によりＡｌ膜３７を埋め込み、さらに図５（ｈ）に示すように、ウェハ表面をＴＥＯＳ膜３２が露出するまで化学的研磨法（ＣＭＰ）により削った。そして、ＴＥＯＳ膜３２を除去した。
【００５４】
上記の反転プロセスを通すことにより、図６（ｃ）に示すように、同図（ｂ）のレジストパターンと反転したＡｌパターンが得られる。Ａｌ膜３７のパターンが形成されるのはレジスト膜３４のない部分３６であり、本プロセスの採用により、微細なＬ／ＳパターンからなるＴＥＧ（Test Element Group）パターンの形成が可能となった。従来法では、第１の実施形態に記述したような２００ｎｍピッチＬ／Ｓ形成ができないので、本実施形態のようなＴＥＧパターンは作れなかった。
【００５５】
ここで、図６（ｂ）のように、領域Ｃにレジストパターンが残る理由についてさらに説明しておく。中間露光量領域のみを残す場合、マスクパターンのエッジに相当する部分にレジストを残すので、広範囲にわたったレジスト残しパターンを形成するには工夫が必要である。ウェハ面上に露光マスクパターンのエッジに相当する露光量を広い範囲に与えればよいわけだが、その方法として次のようなものが考えられる。
【００５６】
一般的な縮小光学系を用いた光リソグラフィでは、従来技術でも記述したように、ピッチがある程度小さなＬ／Ｓパターンでは高次の回折光がレンズを通過できないためにウェハ面上で結像できなくなる。しかしながら、０次回折光はウェハ面上に到達するために、広い範囲に一様な露光量を与えることが可能となる。ウェハ面に与える露光量はＬ／Ｓのスペース幅を変化させることによって調整可能である。
【００５７】
図７は、波長２４８ｎｍ，ＮＡ＝０．６，σ＝０．７５の露光条件下で、２００ｎｍピッチＬ／Ｓを露光装置の設定露光量を２０ｍＪとした時の、ウェハ面上に与える実効的な露光量のスペース幅依存性を示したものである。これより、予め用いるレジストが不溶となる露光量範囲を把握しておき、その範囲の露光量を与えるようにスペース幅を調整すれば、広い面積のレジスト残しパターンが形成できる。
【００５８】
一般的な露光装置（光源波長λ，レンズ開口数ＮＡ，コヒーレンスファクタσ）でバイナリーマスク使用時では、λ／ＮＡ（１＋σ）以下のピッチを有するＬ／Ｓパターンでは０次回折光しかウェハ面上に到達しない。従って、広い範囲のレジスト残しを形成するためには、これ以下のピッチを持つＬ／Ｓパターンを使えばよい。
【００５９】
このように本実施形態によれば、ポジ型の現像処理とネガ型の現像処理との２回の現像を行うことにより、先の第１及び第２の実施形態と同様に、マスクパターンの半ピッチの微細なピッチのＬ／Ｓパターンを形成できる。これに加えて本実施形態では、大面積のレジスト残しパターンを形成することができるため、適用範囲の拡大をはかることができる。
【００６０】
（第４の実施形態）
先の第３の実施形態においても説明したが、中間露光領域のみを残す場合、マスクパターンのエッジに相当する領域にレジストを残すので、原理的に切れ目のない閉ループ状のレジストパターンしか形成できない。そこで本実施形態では、切れたラインパターン形成方法を説明する。
【００６１】
図８及び図９は、第４の実施形態に係わるパターン形成工程を説明するためのもので、図８は平面図、図９は断面図である。また、図９は図８（ｂ）（ｃ）の矢視Ａ−Ａ’断面に相当している。
【００６２】
まず、図８（ａ）に示すように、遮光部４０と透過部４１を有する露光用マスクを用い、第１〜第３の実施形態と同様にして、図８（ｂ）に示したようなレジストパターン４２を下地膜４３上に形成する。
【００６３】
次いで、図９（ａ）に示すように、レジスト４２をマスクにＳｉウェハ４４上の下地膜４３を加工した後、図９（ｂ）に示すように、別の膜４５を埋め込み形成する。続いて、図９（ｃ）に示すように、余分な膜４５をＣＭＰ等により削り取り、下地膜４３を露出させる。次いで、図９（ｄ）に示すように、下地膜４３を選択的に除去するようにエッチングを行えば、図８（ｃ）に示すように、Ｓｉウェハ４４上に膜４５からなる切れたパターンを形成できる。
【００６４】
このように本実施形態では、先の第１〜第３の実施形態と同様に、マスクパターンの半ピッチの微細なピッチのＬ／Ｓパターンを形成できるのは勿論のこと、一度レジストパターンを下地に転写して、ダマシーンのような像反転プロセスを採用することにより、切れたラインパターンを形成することが可能となる。
【００６５】
（第５の実施形態）
本実施形態は、第４の実施形態とは異なる方法により切れたラインパターンを形成する方法である。図１０及び図１１は、第５の実施形態に係わるパターン形成工程を説明するためのもので、図１０は断面図、図１１は平面図である。また、図１０は図１１（ｂ）の矢視Ｂ−Ｂ’断面に相当している。
【００６６】
まず、先の第４の実施形態と同様にして、レジストパターンをマスクに下地膜を加工する。この状態の前記図８（ｂ）のＢ−Ｂ’断面に相当するのが図１０（ａ）であり、Ｓｉウェハ５４上に下地膜５３が形成され、下地膜５３はレジストパターンによってパターニングされている。
【００６７】
次いで、図１０（ｂ）に示すように、再度レジスト膜５８を塗布し、余分なパターンを除去するための露光用マスクのパターンを転写する。この余分なパターンを除去するための露光用マスクは、図１１（ａ）に示すように、遮光部５０と透光部５１からなり、余分なパターン部分に相当する部分のみ開口が形成されている。
【００６８】
次いで、図１０（ｃ）に示すように通常の方法によりレジスト膜５８を現像したのち、図１０（ｄ）に示すように、残ったレジスト膜５８をマスクに下地膜５３をエッチングする。これにより、図１１（ｂ）に示すように、Ｓｉウェハ５４上に下地膜５３からなる切れたラインパターンを形成することができる。
【００６９】
このように本実施形態では、先の第１〜第３の実施形態と同様に、マスクパターンの半ピッチの微細なピッチのＬ／Ｓパターンを形成できるのは勿論のこと、不要なパターン領域を取り除く露光用マスクを用いることにより、切れたラインパターンを形成することが可能となる。
【００７０】
なお、本発明は上述した各実施形態に限定されるものではない。実施形態では、ポジ型となる第１の現像液とネガ型となる第２の現像液を用いて１回ずつの現像を行ったが、これを繰り返すことによりさらに高い解像度を得ることが可能となる。さらに、第１の現像液と第２の現像液による現像の順序はいずれが先でもかまわない。
【００７１】
また、実施形態では露光装置としてＫｒＦエキシマ露光装置を用いたが、露光光源はＡｒＦに限るものではなく適宜変更可能である。例えば、ｇ線，ｉ線等のＭＵＶ露光、ＫｒＦ，ＡｒＦ等のＤＵＶ露光、Ｆ₂等のＶＵＶ露光のように光リソグラフィに対して有効に適用することができる。さらに、Ｘ線，ＥＢ，イオンビーム等を利用したリソグラフィに適用することも可能である。
【００７２】
その他、本発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々変形して実施することができる。
【００７３】
【発明の効果】
以上詳述したように本発明によれば、レジスト膜に対してポジ型の現像とネガ型の現像の両方を施し、中間露光量領域のみを残すことによって、特殊なレジスト等を用いることなく従来以上の超微細な加工が実現される。このため、より高集積化或いは高密度化されたメモリデバイスやロジックデバイス等の半導体装置や各種精密部品の製造が可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明によりマスクパターンの２倍の解像度が得られる原理を説明するための模式図。
【図２】第１の実施形態に係わるレジストパターン形成方法を示す工程断面図。
【図３】第２の実施形態に係わるレジストパターン形成方法を示す工程断面図。
【図４】第２の実施形態に使用した露光用マスクと転写パターンの関係を示す平面図。
【図５】第３の実施形態に係わるパターン形成方法を示す工程断面図。
【図６】第３の実施形態に使用した露光用マスクと転写パターンの関係を示す平面図。
【図７】ウェハ面上に与える実効的な露光量のスペース幅依存性を示す特性図。
【図８】第４の実施形態に使用した露光用マスクと転写パターンの関係を示す平面図。
【図９】第４の実施形態に係わるパターン形成方法を示す工程断面図。
【図１０】第５の実施形態に係わるパターン形成方法を示す工程断面図。
【図１１】第５の実施形態に使用した露光用マスクと転写パターンの関係を示す平面図。
【図１２】従来の問題点を説明するためのもので、露光用マスクと転写パターンとの関係を示す模式図。
【図１３】中間の露光量領域でレジストが不溶又は溶解となる感度特性を有する特殊なレジストの例を示す図。
【符号の説明】
１，１３，２３…露光光
２，１４，２４，３５…露光用マスク
３…レジストパターン
４，１０，２０，３０，４４，５４…Ｓｉウェハ
１１，２１，３３…反射防止膜
１２，２２，３４，４２，５８…レジスト膜
２６…ハーフトーン領域
２９…コンタクトホール
２７，４１，５１…透明領域
３１…熱酸化膜
３２…ＴＥＯＳ膜
３６…レジスト膜の除去された領域
３７…Ａｌ膜
４０，５０…遮光領域
４３，５３…下地膜
４５…別の膜

Claims

被処理基板上にレジスト膜を形成する工程と、前記レジスト膜に所望パターンを露光する工程と、前記レジスト膜を該レジスト膜がポジパターンを得るような第１の現像液を用いて現像する工程と、前記レジスト膜を該レジスト膜がネガパターンを得るような第２の現像液を用いて現像する工程とを含むレジストパターン形成方法であって、
第１の現像液は前記レジスト膜の露光量Ｅ＞Ｅ２となる領域を溶解させ、第２の現像液は前記レジスト膜の露光量Ｅ＜Ｅ１となる領域を溶解させ、露光量ＥがＥ１≦Ｅ≦Ｅ２（但し、Ｅ１＜Ｅ２）の範囲に含まれる領域のみレジスト膜を残存させることを特徴とするレジストパターン形成方法。
第１の現像液として極性を有する溶液を用い、第２の現像液として第１の現像液よりも極性の低い溶液を用いることを特徴とする請求項１記載のレジストパターン形成方法。
前記レジスト膜に所望パターンを露光する際に、該レジスト膜に０次回折光のみ到達するような周期を有するパターンが配置されたレチクルを用いることを特徴とする請求項１記載のレジストパターン形成方法。
請求項１〜３のいずれかのレジストパターン形成方法によりレジストパターンを形成した後に、このレジストパターンをマスクに下地を加工する工程と、加工により形成された溝に所望の膜を埋め込む工程とを含むことを特徴とするパターン形成方法。
請求項１〜３のいずれかのレジストパターン形成方法によりレジストパターンを形成した後に、このレジストパターンをマスクに下地を加工する工程と、前記レジストパターンを除去した後に再度レジスト膜を形成する工程と、再度形成したレジスト膜に不要パターン除去のための露光を行う工程とを含むことを特徴とするパターン形成方法。