JPH032759A - レジストパターンの形成方法 - 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】 ［産業上の利用分野コ 本発明は、リソグラフィー技術に用いられるレジストパ
ターンの形成方法に関し、更に詳しくは、酸発生化学増
幅型レジストに係るものである。

［発明の概要］ 本発明は、酸発生化学増幅型レジストを用いたレジスト
パターンの形成方法において、露光前又は露光後に酸ト
ラップ剤で処理を施すことにより、又は露光後にレジス
ト膜厚方向に温度勾配を持たせてベーキングを行なうこ
とにより、レジストのパターン形状を良好にし、フォー
カスマージンの拡大を図ったものである。

［従来の技術］ 半導体装置のフォトリソグラフィー技術に用いられるレ
ジストとしては、例えば月刊Ｓｅｍ１ｃｏｎｄｕｃｔｏ
ｒ　Ｗｏｒｌｄ　Ｉ　９８８　、９第４４頁〜第４６頁
に記載されるように、０−ナフトキノンジアジド（ＮＱ
Ｄ）／ノボラック樹脂ポジ型レジストの他、ポリ（ｐ−
トリメチルシロキシスチレン）でなるベースポリマーに
酸発生剤を加えたポジ型レジスト等が知られている。こ
の酸発生剤を有するポジ型レジストは、下記の式が示す
ように、酸発生剤の存在下で光照射すると、シリル基が
はずれアルカリ可溶性のポリ（ｐ−ヒドロキシスチレン
）となリ、アルカリ現像により露光部が溶解しポジパタ
ーンが得られる。

酸発生剤　　−酸 （ＣＨ−Ｃ）（、）ｎ （ＣＨ−ＣＨ２）ｎ 酸 ＯＳｉ　　　ＣＨｓ　　　　　　　　　ＯＨＨ３ さらに、上記したようなレジストよりも高解像度を有す
るレジストとして、近年、化学増幅型レジストと称され
る高感度レジストの開発が行なわれている。

この化学増幅型レジストは、ネガ型では、アルカリ可溶
樹脂に架橋剤と感光性酸発側を加えて構成され、ボッ型
では、アルカリ可溶樹脂に溶解阻止剤（基）と感光性酸
発生剤を加えて構成されている。ネガ型の酸発生化字幅
型レジストは、露光部が、感光性酸発側によって生成さ
れた酸を触媒として、露光後のベーキング（ＦＥＢ）時
に架橋不溶化し、アルカリ現像によってネガパターンが
得られる。一方、ポジ型の酸発生化学増幅型レジストの
場合は、露光部が、発生した酸を触媒として溶解阻止剤
（基）が分解、アルカリ可溶となり、ポジパターンを得
る。

なお、第８図〜第９図りは、上記したネガ型の酸発生化
学増幅型レジストを用いたパターン形成方法を示してい
る。

まず、第９図Ａに示すように、半導体基板１上に酸発生
化学増幅型レジスト２を塗布した後、露光を行なう。こ
の露光によるレジスト２表面の光強度プロファイルは第
８図に示す通りであり、この光強度に応じて第９図Ｂに
示すように露光部２１が形成される。次に、露光後のベ
ーク（ＰＥＲ）を行なうと、第９図Ｃに示すように、不
溶化部２ｂが形成され、アルカリ現像によりパターンが
形成される（第９図Ｄ）。

また、第１０図〜第１１図りは、ポジ型の酸発生化学増
幅型レジストを用いたパターン形成方法を示している。

まず、第１１図Ａに示すように、半導体基板Ｉ上に酸発
生化学増幅型レジスト２を塗布した後、露光を行ない第
１Ｉ図Ｂに示すように露光部２ａを形成する。この際、
レジスト２表面の光強度プロファイルは第１Ｏ図に示す
通りである。次に、ベーク（ＦＥＢ）を行なって、可溶
化部２ｃを形成し、さらに、アルカリ現像を行なって可
溶化部２ｃを溶かしパターンを形成する（第１１図Ｄ）
。

［発明が解決しようとする課題］ しかしながら、上記したようなネガ型の酸発生化学増幅
型レジストを用いたレジストパターン形成方法にあって
は、残存する樹脂の光吸収によって、パターンプロファ
イルは第９図りに示すように逆テーパ状になる問題点が
あり、このようなパターン形状ではレジスト下部での線
幅測定を行なうことが出来ず、実際の半導体製造プロセ
スへの導入は難しいという問題点を有している。

また、ポジ型の酸発生化学増幅型レジストにあっては、
樹脂の光吸収によって、パターンプロファイルは第１Ｉ
図りに示すように、テーパ状となり、再現性が悪化する
問題点を有している。

本発明は、このような従来の問題点に着目して創案され
たものであって、酸発生化学増幅型レジストにおけるレ
ジストプロファイルを改善し、フォーカスマージンを拡
大し得るようにしたものである。

［課題を解決するための手段］ そこで、本発明は、酸発生化学増幅型レジストを用いた
レジストパターンの形成方法において、露光前又は露光
後に酸トラップ剤で処理を施すこと、又は露光後にレジ
スト膜厚方向に温度勾配を持たせてベーキングを行なう
ことを、その解決手段としている。

［作用］ 第１請求項記載の発明においては、露光前文露光後に酸
トラップ剤で処理を行なうことにより、塗布されたレジ
スト膜の表層付近の露光後の酸濃度を、レジスト膜下部
に比べて相対的に低下させる。このため露光部と未露光
部の境界付近の酸濃度はその後の熱処理で、ネガ型であ
れば架橋不溶化するのに十分な濃度以下に抑えられ、結
果として境界付近が可溶化する。露光領域中央部では、
強い光度であるため酸濃度が十分高くなり可溶化されな
い。このため、酸の濃度分布に対応した垂直なプロファ
イルを持ったレジスト形状が得られ、解像度、フォーカ
スマージンが拡大される。一方、ポジ型の酸発生化学増
幅型レジストにおいては、露光部と未露光部の境界付近
の酸濃度は、その後の熱処理で可溶化するのに十分な濃
度以下に抑えられ、結果として境界付近が不溶となる。

未露光領域中央部では、酸が発生せず可溶化されない。

第２請求項記載の発明においては、露光後のベーキング
時にレジスト膜厚方向に温度勾配を持たせることにより
、例えば、ネガ型の酸発生化学増幅型レジストの場合、
レジスト膜表面の温度を下げることにより、パターンの
上部線幅を減少させて、パターンを垂直なプロファイル
にすることが可能になる。また、ボッ型の酸発生化学増
幅型レジストの場合、レジスト膜表面の温度を下げるこ
とにより、パターン上部の線幅が増大し、パターンを垂
直なプロファイルとすることを可能にする。

［実施例］ 以下、本発明に係るレジストパターンの形成方法の詳細
を図面に示す実施例に基づいて説明する。

（第１実施例） 第１図〜第２図りは、第１実施例を示している。

先ず、第２図Ａに示すように、半導体基板ｌＯ上にネガ
型の酸発生化学増幅型レジスト１１を塗布する。

なお、この酸発生化学増幅型レジストは、クレゾール系
樹脂に、光照射によりハロゲン化水素を生じる酸発生剤
と、架橋剤を加えて構成されている。

次に、図示しないフォトマスクをマスクとして露光を行
ない第２図Ｂに示すように、酸発生化学増幅型レジスト
】１に露光部＋１Ａを形成する。

なお、露光に際して該レジスト１１表面では、第１図に
示すような光強度プロファイルとなる。

次いで、酸発生化学増幅型レジスト１１の表面を酸トラ
ップ剤としてのイミダゾールで処理を施す。斯る酸トラ
ップ剤の処理によって、露光によってレジスト１１の露
光部１１Ａ中に生じた酸は、イミダゾールによりレジス
ト１１の表面側で多く捕捉され、表面から漸次下部側に
向けて捕捉は少なくなる。また、露光部１１Ａの中央部
は、第１図の光強度プロファイルが示す通り強い光を受
けているため、酸の濃度は十分高く、酸トラップ剤の処
理を行なった後も可溶化されない。一方、露光部１１ａ
における未露光部との境界付近は弱い光を受けるため、
酸発生濃度は低く、上記酸トラップ剤の処理により可溶
化される。なお、第２図Ｃにおいて、ｌｌａは不溶化部
、ｌｌｂは可溶化部を示している。

次に、ベーク処理、アルカリ現像を行なって、第２図り
に示すように、不溶化部１１ａを残したレジストパター
ンの形成を行なった後、例えばリンス液処理、ハードベ
ーク等の所定の処理を行なってパターン形成が完了する
。

上記第１実施例においては、ネガ型の酸発生化学増幅型
レジストに、本発明を適用したが、ボッ型のレジストに
適用しても、垂直なパターンプロファイルを得ることが
可能である。

また、酸発生剤、酸トラップ剤、架橋剤並びにレジスト
のベースポリマーは適宜変更可能であり、例えば、酸ト
ラップ剤としては、弱塩基性３級アミン類水溶液などの
適用が可能である。なお、酸トラップ剤の処理は、露光
部７こ行なっても同様の作用を得ることが出来る。

（第２実施例） 第３図〜第４図りは、第２実施例を示している。

先ず、本実施例は、ポジ型の酸発生化学増幅型レジスト
１２を半導体基板１０上に塗布しく第４図Ａ）、次に、
図示しないフォトマスクを用いて露光を行なって、露光
部１２２Ｌを形成する。この場合のレジスト１２表面の
光強度プロファイルは、第３図に示す通りであり、この
ため、露光部１２ａは下部に向かって縮少した幅寸法と
なる。

次に、レジスト１２が配されている半導体基板ｌＯを、
第５図及び第６図に示すようなベーク装置にてベーキン
グする。このベーク装置は、加熱ヒータ１３とレノスト
表面を冷却する冷却器１４とが相対向するように構成さ
れている。第６図は、ベータ装置の要部拡大図であり、
冷却器１４の下面には冷却した窒素（Ｎ、）ガスを吐出
するノズル１４ａが多数開設されている。このため、第
７図に示すように、レジスト１２の厚さ方向に温度勾配
が生じレジスト表面からレジスト下部に向けて温度が高
くなる。

このように、レジスト表面は冷却されるため、不溶化反
応が促進され、また、レジスト下部では冷却が弱まるた
め不溶化反応は低下する。なお、酸発生化学増幅型レジ
ストの可溶化反応はベーキング時の酸触媒反応に依存し
ているため、冷却された部分は可溶化が抑えられ、露光
部１２Ａは、第４図Ｃに示すように、可溶化部＋２ａと
不溶化部＋２ｂとに形成される。

次に、アルカリ現像を行なうと、第４図りに示すように
、可溶化部１２ａのみが溶解し、垂直なパターンプロフ
ァイルが形成出来る。

上記実施例は、ポジ型の酸発生化学増幅型レジストを用
いた場合に本発明を適用したが、ネガ型の場合にも勿論
適用が可能である。この場合、露光後ベーキング（ＦＥ
Ｂ）温度が高くなると架橋反応が促進され感度が高まる
。このため、ネガ型の場合、従来プロセスでは逆テーバ
状となるが、露光後ベーキング時に、冷却ガスをレジス
ト表面に吹きつけることで表面温度を下げてレジスト上
部の線幅を減少させ、垂直なパターンプロファイルを得
ることが可能となる。

なお、上記実施例においては、ベーク装置の冷却器１４
を窒素ガス吐出手段としたが、他のガス又は他の方法で
冷却するようにしてもよい。

さらに、露光処理をベーク装置で行なえるようにしても
勿論よい。

［発明の効果］ 以上の説明から明らかなように、本発明に係るレノスト
パターンの形成方法によれば、酸発生化学増幅レジスト
がポジ型又はネガ型であっても、良好なパターンプロフ
ァイルとすることが出来、さらに、フォーカスマージン
を拡大出来る効果がある。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明に係る第１実施例のレジスト表面の光強
度プロファイルを示す波形図、第２図Ａ〜第２図りは第
１実施例の工程図、第３図は第２実施例におけるレジス
ト表面の光強度プロファイルを示す波形図、第４図Ａ〜
第４図りは第２実施例の工程図、第５図はベーク装置の
説明図、第６図はベーク装置の要部拡大図、第７図はレ
ジストの厚さ方向の温度勾配を示すグラフ、第８図は光
強度プロファイルを示す、第９図Ａ〜第９図りはネガ型
の酸発生化学増幅型レジストを用いた従来例の工程図、
第１Ｏ図は光強度プロファイルを示す波形図、第１ｆ図
Ａ〜第１１図りはポジ型の酸発生化学増幅型レジストを
用いた従来例の工程図である。 １１．１’２・・・酸発生化学増幅型レジスト。 第１実麿イ列の光強度ア０フフイル 第１図 第２図Ａ （第１実施　偵１） 第２図Ｂ Ｌ２突カヒイダ１１　の尤強庚プロファイル第３図 第４図Ｂ （）１１　　穴　　力跨　Ａ列　） 第２図Ｄ （第 突 方ヒ Ａ列 （第　２　史＃：砕１） 第４図Ｄ （イ、ｔＪピ　　イタリ　） 第９図Ｄ （イＸミ　ｉ　　イタリＪ） 第１１図Ｄ

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）酸発生化学増幅型レジストを用いたレジストパタ
   ーンの形成方法において、 露光前又は露光後に酸トラップ剤で処理を施すことを特
   徴とするレジストパターンの形成方法。
2. （２）酸発生化学増幅型レジストを用いたレジストパタ
   ーンの形成方法において、 露光後にレジスト膜厚方向に温度勾配を持たせてベーキ
   ングを行なうことを特徴とするレジストパターンの形成
   方法。