JPH01261632A - Ｘ線リソグラフィ方法 - 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ＩＣ，ＬＳＩ等の半導体素子の製造用のリソグ
ラフィパターン形成用のレジスト構成体に関し、特に波
長１人〜１５０人程度のＸ線を対象とし、レジスト等の
感光材料の実効感度を増強したリソグラフィパターン形
成用のレジスト構成体に関するものである。

（従来の技術） 最近、ｔｃ、ｔ、ｓｔ等の半導体素子！１造用の露光装
置においては半導体素子の高集積化に伴って、より高分
解能の焼付けが可能な例えば波長１人〜１５０人程度の
Ｘ線を利用した露光装置が種々と提案されている。

この所謂、Ｘ線リソグラフィは直進性、非干渉性および
低回折性等のＸ線固有の性質に基づき、これまでの可視
光や紫外光によるリソグラフィと比べて多くのより優れ
た点を有している。そのため、近年ではサブミクロン用
のりソグラフィやクラオーターミクロン用のりソグラフ
ィの有力な１段として注口されてきている。Ｘ線リソグ
ラフィは可視光や紫外光によるリングラフィに比較して
多くの優位点を持っているが、Ｘ線源のパワー不足、レ
ジストの低感度、アライメントの困難さ、マスク材料の
選定および加工方法の困難さ等の問題点があった。

Ｘ線リングラフィ用としてのレジストとじては、例えは
ポリメチルメタクツレート（ＰＭＭＡ）がある、このＰ
ＭＭＡのレジストはエレクトロンビーム川のレジストと
しても使用出来る。

一般にＸ線リソグラフィにおいて大きな問題点の１つに
感度がある。

通常、Ｘ線リングラフィにおけるレジストのＸ線利用効
率は０．３％以下といわれており、これか感度の低Ｆを
来たしている６例えばＰＭＭＡの場合、Ｘ線としてＰｄ
Ｋａ線を使用すると実効感度は１０００〜２０００　ｍ
　Ｊ　／　ｃ　ｍ　”程度である。

ここで、！！！度は露光時のＸＭＩ！！！射睦で示して
いる。すなわち、照射μか低い程高感度である。高感度
のレジストとしてはクロロメチル化ポリスチレン（ＣＭ
Ｓ、東洋ソーダ製）があるか、上述と同様の条件での実
効感度は約１００ｍＪ／ｃｍ”である。

現在Ｘ線用レジストの実効感度をｌｏｍＪ／ｃｍ’以下
にすることか望まれている。しかしながら一般にレジス
トの感度を増大させることは大変困難である。

（発明が解決しようとする問題点） 本発明はレジスト層の感光材ネ１の上に更に特定の物質
を設けることにより、Ｘ線用リソグラフィにおいて感光
材料の実効感度を増大させ、良々ｆなる性能が容易に得
られるリソグラフィパターン形成用のレジスト構造体の
提供を目的とする。

（問題点を解決するための手段） リンゲラフィバターン形成用のレジスト層の１−に該レ
ジスト層の感光域に蛍光を発する有機蛍光￥ｓ質層を設
けたことである。

特に本発明に係る有機蛍光物質は懸架材中に分散又は混
合して成り、蒸着又は塗工により設けられていることを
特徴としている。

（実施例） 第１１ｆｆｉは本発明のリソグラフィパターン形成用の
レジスト構成体をＸ線用露光装置に適用したときの一実
施例の概略図である。

同図において、ｌはＸ線源、２はマスク枠、３は例えば
金等により形成されたマスクパターンである。また、４
はポリイミド等のＸ線透過！＋！（マスク材保持ＡＭ＋
、５はウニ八、６はレジスト。

７は蛍光物質層でありレジスト６面Ｆに設けられている
。蛍光物質層７は分散材等に分散された有機蛍光物質８
を含有している。有機蛍光物質８はＸ線等の照射により
レジスト６に感光域をイｊする蛍光を発する物質より成
っている。

同図において、ｘＭＡ源（ターゲット）ｌから発生した
Ｘ線はマスクパターン３および蛍光物質層７を介してレ
ジスト６に照射される。この時Ｘ線に曝された蛍光物質
８から蛍光線が発せられるので、レジスト６面Ｅにはマ
スクを透過したＸ線および蛍光物質８から発せられた蛍
光線によってマスクパターン３が投影される。この後、
蛍光物質Ｐ！７を剥離等により除去し、レジスト６を現
像する。なお１本実施例においては、蛍光物質Ｗ９７を
現像と同時に除去するようにしても良い。

このように本実施例においてはレジスト６面上に蛍光物
質層７を形成した後、Ｘ線等の主線によりパターンを照
射し、レジスト６を感光させると共にｘ＆Ｉｌの主線に
よって有機蛍光物質８から発する蛍光線とによりレジス
ト６を感光させている。

本実施例において、照射エネルギーとしてＸ線を用いた
場合、レジスト上にパターンを投影するのはＸ＆！であ
り、蛍光線はレジストの実効感度を増強せしめる役割を
果たしている。

すなわち、本実施例では、レジストか閤イ１以Ｆの照射
エネルギーの照射ではほとんど感光せず閾値を越えたと
ころから感光が始まるというレジストの特性に基づき、
このＩｉＩｍを越えない程度の蛍光線（２次照射＆りを
感度の増強用に使用している。従って、パターンを投影
するための主線の出力は蛍光線と合わせて閾値を越える
程度でよく、逆に蛍光線のエネルギー量はレジストの解
像度を低下させることのないように所定のｌｌ１４ｒｉ
以下としている。

またこの閾値は、レジストの種類、厚さ、蛍光線の波長
域等により異なっているか、￥験的に容易に求めること
ができる。

本実施例における有機蛍光物質８はＸ線等の主線に対し
てレジストの感光域に蛍光線（２次照射線）を発する物
質より成っている。

有機物質としては例えば、ｔｒｉｐｈｅｎｙ−１ｅｎｅ
、ｐｙｒｅｎｅ、ｐｅｒｙｌｅｎｅ。

ｄｉｍｅｔｈｙｌ−ｂｅｎｚａｎｔｈｒａｃｅｎｐｉｃ
ｅｎｅ、ｐｅｎｔａｐｈｅｎｅ、ｐｈ　−ｔｈａｌｏｃ
ｙａｎｉｎｅ、ｐｈｔｈａｌｏｃ　−ｙａｎ　ｉｎｅ、
β−ｃａｒｏｔｅｎｅ、　シアニン色素、ケトメチレン
シアニン色素、キサンチン型色素、ｆｕｃｈｓ　ｉｎｅ
、ｃｒｙｓｔａ　１ｖｉｏｌｅｔ、ｍａｌａｃｈｉｔａ
　　ｇ　　ｒ　ｅ　−ｅｅ、ｒｈｏｄａｍｉｎｅ　　Ｂ
、ｅｒｙｔｈｎ−ｏｓｉｎｅ、ｔｒｙｐａｆｌａｖｉｎ
ｅ、ｖｉ　−ｏｌａｎｔｈｒｏｎｅ　　Ｂ、ｃｏｒｏｒ
ｅｎｅ。

アントラセン、サリチル酸、アンスランセン、ナフタレ
ン・・・・などの有機半導体材料、および染料、有機酸
増感剤がある。

又５本実施例において用いられる分散材（バインダー）
としてはポリビニルピロリドン、ポリビニルアルコール
、カルボキシメチルセルロース（ＣＭＣ）、ゼラチン、
カゼイン、アラビアゴム、アセチルセルロース、ニトロ
セルロース、環化ゴム、ポリイソプレン、ポリブタジェ
ン、ノボラック樹脂、フェノール系樹脂、アクリル系樹
脂、ポリスチレン、酢酸ビニル等がある。

本実施例において有機蛍光物質８は溶剤に溶かしたり、
又は分散材に分散させて調整している。

この他、有機蛍光物質を抵抗加熱等の薄着により直接、
レジスト上に設けるようにしている。

尚、レジストの感光域に対応した蛍光線を発する有機蛍
光物質及び分散剤等はレジスト上に均一に分散塗布でき
ればどのようなものであっても良い。

本発明を適用する際に特に効果の大きい照射エネルギー
としてはＸ線（含ＳＯＲ光）かあるか。

γ線、真空紫外線、遠紫外線、紫外線、エレクトロンビ
ームおよびイオンビーム等でも蛍光線を発生させること
ができ増感効果が得られる。これらの波長域は特に制限
はないが１例えば照射エネルギーとしてＸ線を用いると
きは、Ｘ線リソグラフィ用レジストの感光域に対応した
波長域の蛍光線を発する蛍光物質を設ければ良い。

リソグラフィ用レジストの感光域に対応した蛍光線の発
生波長域として好ましくは２００ｍμ〜５５０ｍｇの範
囲である。更にその中でも光りソグラフィ用レジストの
多くが占め、そして蛍光体の種類か多い３００ｍｇ〜４
５０ｍＪＬの範囲が特に好ましい。

なお１本発明に用いる感光性材料としては、Ｘ線等の主
線に感光し、使用する蛍光物質の発する光波長域に感光
性を持っているリソグラフィ用レジストであればどのよ
うなものでも良い。

次に本発明に係る蛍光物質層７の具体的な実施例につい
て説明する。

（実施例　１） 蛍光物質の一例としてサリチル酸をキシレンに溶解し塗
工液を調整した。

洗す後のシリコンウェハ上に環化ゴム−ビスアジド系レ
ジスト（東京応化製ＯＭＲ−８５１を約１１Ｌｍの厚さ
に塗布し、８３°Ｃで２５分間のベークを行った０次い
で前記塗工液をレジストｔに約５μｍの厚さに塗布し蛍
光ＩＩ賀層を形成した。

次にＸ線（Ｒｈ　　Ｌｃｔ線：４．６人）を約１０分間
照射した後、所定の現像液でレジストの現像と同時に蛍
光体の除去を行った。この結果、従来法では残Ｈ率０．
８を得るのに約４０分間の照射が必要であったが１本実
施例の塗工液を用いたことにより約１７４の照射量で十
分な残膜を形成てきることが出来た。

（実施例　２） サリチル酸を加熱してレジスト上に蒸着接層した。

Ｘ線露光及び処理を実施例１と同様に行ない。

蛍光物質層の除去と現像を行ったところ実施例１と同様
の結果を得た。

（実施例　３） 蛍光ｅ＋質としてｐ　ｉ　ｃａｎｅの粉末を酢酸溶液中
に溶解させて塗工液をｒＡ整した。

酸化膜を設けたシリコンウェハ上に桂皮酸系レジスト−
にＰＲ（Ｋｏｄａｋ　　ｐｈｏｔ。

Ｒｅ５ｉｓｔ）をｌｐｍの厚さに塗工し、次い、で萌記
塗り液をレジスト上に約５ＪＬｍの厚さにＰＩ３布し蛍
光物質層を形成した。

次にＸ線源（Ｐｄ　　Ｌａ線：４．６人）によりマスク
を介してパターン照射を行なワた後、蛍光物質層を予め
酢酸溶液を用いて除去した後、所定の現像液てレジスト
を現像した。

この結果、従来の適性露光内聞に対して約ｌ／３の露光
時間に短縮でき増感が計れた。

（実施例　４） 蛍光物質として銅フタロシアニンを用いた。

酸化膜を設けたシリコンウェハＥにポリケイ皮酸エステ
ル系のレジストＴＰＲ（東京応化１）を１μｍ塗布し、
その後８０’″Ｃで２０分間のベークを行った０次いで
抵抗加熱により銅フタロシアニンをレジスト−Ｅに約’
１．４ｍ厚設けた。

次にＸ線源（Ｒｈ　　Ｌａ：４．６人）を約１０分間パ
ターン照射した後、所定の現像液で現像したところ良好
なパターンが得られた。

この結果、従来法では残膜率０．８を得るのに約４０分
を要していたのが本実施例の方法を用いることにより約
１／４の照射時間で満足のできるパターンが得られるこ
とが判った。

（″ｉ！施例　５） 洗浄後のシリコンウェハ上に０ＭＲ８３（東京応化１ｐ
ｈｏｔｏ　　Ｒｅ５ｉｓｔ）を約ＩＢｍの厚さに塗布・
乾燥後、アントラセンを２μｍの厚さに真空Ａ着した。

次に、Ｘ線（Ａ文　にα・８．３人）をパターン照射し
、有機溶剤（ベンゼン系）で蛍光物質層を除去した後、
所定の現像処理を行なった。

この結果、従来法では４０分間の照射で適性照射量に達
したが１本実施例の方法により約１２分の照射で１分な
レジストパターンを得ることかできた。

（発明の効果） 本発明によれば、レジスト等の感光性材ネ１土に蛍光物
質を含有した層あるいは蛍光物質層を形成することによ
り、照射エネルギーを照射して露光するときに、蛍光物
質から２次照射線を発生させ、感光性材料に照射するよ
うにして、感光性材ネ１の実効感度を向上させ、良好な
リソグラフィパターン形成用のレジスト４Ｒ成体を達成
することができる。更に、マスク材保持ｆｌＩＩＩＩと
してＸ線透過率や厚さ等の厳しい条件を緩和させたリソ
グラフィパターン形成用のレジスト構成体を達成するこ
とかできる。

この他、本発明によれば本来持ち得るレジストの特性を
そのまま維持することができる。現在、Ｘ線レジストと
して代表的なレジストとしてクロロメチル化ポリスチレ
ンがある。このレジストの１１！度を増強するためには
塩素のｌを増加させれば良いが、そうするとシリコン基
板との密着性が低ドするなどの問題点がある。

このように一般には感度を増強させる場合には他の工費
な性能１例えば解像度、ガンマ値、現像性箋、密着性、
液保存性等のいづれかの機能のうち少なくとも１つを犠
牲にせざるをえない、しかしながら１本発明によれば、
各レジストの性能を保ちつつ感ＩＮのみを増強すること
ができる。

また１本発明に係る蛍光物質は有機系のものてあり、重
金属等によるコンタミの問題はなく、そのうえＣ，Ｈ，
ＯあるいはＮから４８成されているためＸ線透過率が高
く２次線の散乱が少ない等の特徴を有している。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明をＸ線用露光装置に適用したときの一実
施例の概略図である。 図中、ｌはＸ線源、２はマスク枠、３はマスクパターン
、４はｘｖＩＡ透過膜、５はウェハ、６はレジスト、フ
は蛍光物質層、８は蛍光物質である。

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）リソグラフィパターン形成用のレジスト層の上に
   該レジスト層の感光域に蛍光を発する有機蛍光物質層を
   設けたことを特徴とするリソグラフィパターン形成用の
   レジスト構成体。
2. （２）前記有機蛍光物質は懸架材中に分散又は混合して
   成り、蒸着又は塗工により設けられていることを特徴と
   する請求項１記載のリソグラフィパターン形成用のレジ
   スト構成体。