JPH01102459A - パターン形成方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ 本発明は大規模集積回路の微細パターン形成に好適のパ
ターン形成方法に関する。

［従来の技術］ 近時、ＬＳＩ及び超ＬＳＩ等の半導体装置において、１
チツプの中に数十万乃至数百五個の半導体素子を含むも
のが出現しており、このため半導体基板上に形成する素
子パターンの微細化が要望されている。

この微細化の要望に対応するため、光りソグラフィ用の
光源として、従来の波長が４３６ｎｍ　（Ｇ線）又は３
６５ｎｍ　（Ｉ線）の紫外光の替りに、波長がこのＧ線
及びＩ線より短い紫外光を出力することができるエキシ
マレーザ光が提唱されている。

例えば、特開昭６０−２５７５２１号に開示されたエキ
シマレーザステッパの光源に使用されているエキシマレ
ーザ発振器はＫｒＦガス中での発振により、２４９ｎ■
という極めて短い波長の紫外光を発光する。

このエキシマレーザ光は単色性、指向性及び短パルス性
が優れており、高出力であることがら、リソグラフィ用
光源として極めて好ましい性能を有している。また、解
像度は波長が短かくなる程向上するから、このエキシマ
レーザ光を使用することにより高解像度のレジストパタ
ーンの形成が期待される。

［発明が解決しようとする問題点］ しかしながら、このエキシマレーザ光によるパターンの
形成には下記のような問題点がある。

つまり、エキシマレーザ光は波長が極めて短いため、従
来一般的に使用されているフェノールノボラック系材質
のポジレジスト膜をエキシマレーザ光により露光すると
、このポジレジスト膜によるエキシマレーザ光の吸収が
強く、露光光がレジスト膜内で減衰してしまう。

このため、第２図に示すように、Ｓｉ基板１上にポジレ
ジスト膜を塗布した後、エキシマレーザ。

光によりレジスト膜を選択的に露光してポジ型レジスト
パターン１０を形成すると、このレジストパターン１０
の側壁はＳＬ基板１の表面に対して強く傾斜したものに
なる。つまり、レジストパターン１０の断面形状は台形
に近くなる。従って、このレジストパターン１０は寸法
再現性が劣る。

なお、ポリメタアクリル酸メチル（ＰＭＭＡ）のような
アクリル系材質のポジレジスト膜においては、前述のよ
うなレジスト膜内での露光光の吸収は殆んどなく、レジ
ストパターンの断面形状は略々矩形となるが、露光感度
がフェノールノボラック系レジストに比して約１／１０
０と極めて低′く、また耐熱性及び耐プラズマエツチン
グ特性も極めて低いため、実用性がないという欠点があ
る。

本発明はかかる問題点に鑑みてなされたものであって、
空間解像力が極めて優れたエキシマレーザ光を使用して
、その側壁が基板表面に対して急峻であって寸法再現性
が優れたレジストパターンを形成することができ、従っ
て、半導体素子のパターンの微細化に有効なパターン形
成方法を提供することを目的とする。

［問題点を解決するための手段］ 本発明に係るパターン形成方法は、半導体基板上にフェ
ノールノボラック樹脂を主成分とするポジ型フォトレジ
スト膜を塗布する工程と、このフォトレジスト膜上に蛍
光材料を含有する有機材料の薄層を付着する工程と、こ
の薄層を介して前記レジスト膜をエキシマレーザ光によ
り選択的に露光する工程と、所定の現像処理により前記
薄層を全面的に除去する工程と、前記レジスト膜の露光
部分を選択的に除去する工程とを有することを特徴とす
る。

［作用コ 本発明においては、デバイス製造に好適のフェノールノ
ボラック樹脂を主成分とするポジ型フォトレジスト膜を
形成した後、このフォトレジネト膜の上に蛍光材料を含
む有機材料の薄層を付着させ、次いで、この薄層を介し
て前記レジスト膜をエキシマレーザ光により選択的に露
光する。

この方法により、エキシマレーザ光源からの２４９ｎ＋
ａの波長を有する紫外光は、前記薄層中を透過する間に
、蛍光反応により長波長側に遷移し、３５０乃至４５０
ｎｍの波長分布を有する紫外光となる。

これにより、レジスト膜におけるエキシマレーザ光の吸
収は軽減される。従って、露光部分を除去して得られた
レジストパターンの側壁は、基板に対して急峻になるの
で寸法安定性が向上し、エキシマレーザ光の優れた空間
解像力を十分に利用して微細レジストパターンを形成す
ることが可能となる。

［実施例］ 次に、本発明の実施例について、添付の図面を参照して
詳細に説明する。

先ず、第１図（ａ）に示すように、半導体基板１上に、
通常使用されているフェノールノボラック樹脂系のざジ
型レジスト材料をスピンコード法により、例えば、約１
．ＯＪ、ｔｍの厚さに塗布する。

その後、例えば、９５℃のホットプレート上で５０秒間
加熱処理して厚さが１．０μｍのポジ型レジスト膜２を
形成する。

次に、第１図（ｂ）に示すように、蛍光物質であるタン
グステン酸カルシウム（ＣａＷＯ４）の微粉末と牛乳た
んばく質カゼインとの混合物の水溶液を、スピンコード
法により、例えば、０．３２μｍの厚さに塗布し、８０
℃のホットプレート上で２分３０秒間加熱処理して、０
．３０μｍの厚さの蛍光膜３（薄層）を形成する。この
場合に、蛍光膜３用の塗布液としては、１０．２重量％
のカゼイン、１．８重量％のタングステン酸カルシウム
の微粉末及び８８．０重量％の純水を含有する混合液が
好適で・ある。

次いで、第１図（Ｃ）に示すように、半導体基板１上に
エキシマレーザ光源から波長が２４９ｎｍの紫外光（図
中、矢印にて示す）を照射し、基板１上の領域４，５．
６のみをこの短波長紫外光（エキシマレーザ光）により
選択的に露光する。

この場合に、波長が２４９ｎｍの紫外光は、蛍光膜３内
で蛍光反応を起し、波長が３６０乃至４４０ｔｖの比較
的長波長の紫外光に変換される。このようにして、蛍光
膜３を透過して長波長側に変移した紫外光は、そのまま
ポジ型レジスト膜２内に入射する。

その後、第１図（ｄ）に示すように、半導体基板１を温
度が４０℃の純水中に６０秒間浸漬して蛍光膜３を除去
する。最後に、濃度が２．３８％の水酸化テトラメチル
アンモニウムの水溶液中に基板１を浸漬して、露光領域
４，５．６の部分のポジ型レジスト膜２を除去すること
により、レジストパターン２ａ、２ｂ、２ｃが形成され
る。

このように構成されるパターン形成方法においては、波
長が２４９ｎｍの短波長の紫外光（エキシマレーザ光）
は、レジスト膜２上の蛍光膜３を透過する間に、比較的
長波長の４００±４０ｎｍの波長分布をもつ紫外光に変
換されて、レジスト膜２内に入射する。このため、２４
９ｎｍという短波長の紫外光を直接レジスト膜２内に入
射させる場合に比して、レジスト膜２内での紫外光の吸
収が軽減され、従来一般的に使用されているＨ線（波長
４０４ｎｍ）の紫外光における吸収と同等となる。

従って、レジストパターン２ａ、２ｂ、２ｃは、従来の
Ｈ線による場合と同様に、その側壁が基板表面に対して
急峻に立上り、断面形状は台形ではなく、極めて良好な
矩形性を示す。このため、レジストパターン２ａ、２ｂ
、２ｃの寸法再現性は極めて高い、しかもエキシマレー
ザ光は波長（２４９ｎｕ）が短いから、エキシマレーザ
光の光学系における空間解像力はＨ線（４０４ｎａ＋）
又はＧ線（４３６ｎｍ）に比して著しく優れており、約
０．４乃至０．５μｍのパターンを容易に形成すること
ができる。

［発明の効果］ 以上説明したように本発明によれば、その側壁が基板又
は下層表面に対し、略々直角に近い角度で急峻に立上る
レジストパターンを形成することができ、極めて断面矩
形性が優れたレジストパターンを得ることができる。従
って、パターンの寸法再現性が安定し、従来の場合に比
して著しく微細なレジストパターン形成することができ
る。このため、本発明は、半導体装置の高集積化及び性
能の向上に寄与し、多大の効果を奏する。

【図面の簡単な説明】

第１図（ａ）乃至（ｄ）は本発明の実施例を工程順に示
す断面図、第２図は従来方法により形成されたパターン
の形状を示す断面図である。 １；半導体基板、２；フェノールノボラック系のポジ型
レジスト膜、２ａ、２ｂ、２ｃ、１０；レジストパター
ン、３；蛍光膜、４，５，６；エキシマレーザ光の露光
領域

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 　半導体基板上にフェノールノボラック樹脂を主成分と
   するポジ型フォトレジスト膜を塗布する工程と、このフ
   ォトレジスト膜上に蛍光材料を含有する有機材料の薄層
   を付着する工程と、この薄層を介して前記レジスト膜を
   エキシマレーザ光により選択的に露光する工程と、所定
   の現像処理により前記薄層を全面的に除去する工程と、
   前記レジスト膜の露光部分を選択的に除去する工程とを
   有することを特徴とするパターン形成方法。