JPH03276157A - 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 本発明は半導体素子等を製造する時にもちいられるパタ
ーン形成方法で、露光エネルギー源として、波長４５０
ｎｍ以下の紫外線、特にｉ線（３８６ｎｍ）を用いてポ
ジ型のパターンを形成する際のパターン形成方法に関す
るものである。

従来の技術 従来の化学増幅型レジストは、ｇ線等の遠紫外線、Ｘ線
、電子ビームリングラフィですでに報告されていて、良
好な結果が得られている。そのため波長が短く微細パタ
ーン形成に有望なｉ線への適応も容易に推測されていた
が、従来の化学増幅型レジストはｉ線に対しての吸収が
ほとんどないため、感光しないのではないかといったこ
とから、あまり試みられていなかった。そこで本発明者
らは、ｉ線で化学増幅型レジストを露光し、化学増幅型
レジストがｉ線領域でも萄効であることを確認した。第
８図に従来の化学増幅型レジストを用いた場合のパター
ン形成方法の一例を示す。半導体シリコン基板１上に従
来の化学°増幅型レジスト６を回転塗布し、９０℃、９
０ｓｅｃ間ホットプレート３でソフトベークし、厚さ１
．０μｍ〜１．５μｍのパターン形成膜を得る（第８図
（ａ））。次にｉ線４をマスク５を介して露光する（第
８図（ｂ））。

そして１１０℃、９０ｓｅｃ間ホットプレート３でベー
タ後（第８図（Ｃ））、テトラメチルアンモニュウムハ
イドロオキサイド（ＴＭＡＲ）でＧＯｓｅｃ間現像する
ことにより、従来のパターン形成材料６の露光部６Ａを
溶解除去し、ポジ型パターン６Ｂを得ていた（第８図（
ｄ））。しかし前述したように従来の化学増幅型レジス
トはｉ線に対しての吸収がほとんどないため、第８図（
ｂ）のごとく基板からの反射の影響をうけやすく、第８
図（ｄ）に示すごとく逆テーパーのパターンが形成され
、パターン形成としては十分満足すべきものではなかっ
た。

発明が解決しようとする課題 上述したように、本発明者らは従来の化学増幅型レジス
トがｉ線領域でも有効であることを確認したが、前述し
たようにｉ線に対しての吸収がは問題点を存しているこ
とが判明した。

本発明はかかる点に鑑み、露光エネルギー源として、ｉ
線（波長３６５ｎｍ）又はそれ以下の紫外線を用い、レ
ジストとして化学増幅型レジストを用いた場合の、高感
度で、マスクリニアリティー・フォーカス余裕度といっ
たプロセス余裕度が広い、良好なパターン形状のポジ型
のパターンを形成する際のパターン形成方法を提供する
ことを目的とする。

課題を解決するための手段 本発明は、基板上にｉ線領域に吸収を持つ化学増幅型レ
ジスト薄膜を形成する工程と、ｉ線又はそれ以下の紫外
線で前記レジスト膜を選択的に露光する工程と、前記基
板を加熱処理する工程と、現像液で前記レジスト膜を現
像する工程を有することを特徴とするパターン形成方法
である。

そして、吸収をもたせるためには、たとえばｉ線領域に
吸収を持つ染料、ｉ線領域に吸収をもち露光により吸収
が小さくなる染料、レジストを構成する樹脂として同吸
収をもつものを使用する等の手段を用いることができる
。

作用 第６図に既に存在する材料からなる化学増幅型レジスト
の紫外線分光曲線図を示す。第６図からも分かるように
、従来の化学増幅型レジストはｉ線に対してほとんど吸
収を持たない。そのため、従来の化学増幅型レジストを
このまま露光すると第７図に示すようなＴ字状や逆テー
パー状のレジストパターン６Ｂが得られる。

本発明者らは従来の化学増幅型レジストにスーダンオレ
ンジなどの染料や、露光により吸収が小さくなる染料と
してナフトキノンジアジドスルフォン酸エズテルなどを
入れ、ｉ線領域に吸収を持たせた。染料を添加した化学
増幅型レジストの透過率を、４０〜８０％に調整すると
、良好な形状のパターンが得られることを確認した。こ
れは染料を入れ°ることにより、基板からの反射の影響
を受は難くなるためである。また、露光により吸収が小
さくなる染料を添加した化学増幅型レジストの透過率を
、露光前で４０〜８０％、露光後で９０〜９８％に調整
するとさらに良好なパターンが得られる。これは、基板
からの反射の影響を受は難くなるだけでなく、染料が露
光により吸収が小さくなる、いわゆるフォトブリーチす
るため露光部と未露光部とのコントラストが大きくなり
、より良好なパターンを形成するためである。

このように、化学増幅型レジストに染料、もしくは露光
により吸収が小さくなる染料を添加することにより、基
板からの反射の影響を受は難くなり、また染料がフォト
ブリーチするため露光部と未露光部とのコントラストが
大きくなり、より良好なパターンを形成する事が出来る
。

実施例 実施例１ 下記の組成で試薬を調整し、パターン形成材料とした。

ｐ−トルエンスルホン酸２．８−ジニトロベンジル　　
　　　　　　　　　　　　　１．５ｇナフトキノンジア
ジドスルフォン酸エステル（染料）　　　　　　　　　
　　　　　０．２ｇジエチレングリコールジメチルエ−
テル０ｇ 第１図を用いて本発明のパターン形成方法を説明する。

半導体シリコン基板１上に上記の組成で調整されたパタ
ーン形成材料２を用いて回転塗布し、９０℃、９０ｓｅ
ｃ間ホットプレート３でソフトベークし、厚さ１．２８
μｍのパターン形成膜を得た（第１図（ａ））。なお、
基板１上には絶縁、半導体、導体膜等が形成されている
ことが多い。このときの紫外線分光曲線を第２図に示す
。

このレジストの透過率は、露光前が６０％、露光後が９
５％であった。また、第３図には照射特性を示す。この
ように高感度、高γ値を得た。次に３　ｅ３　６　ｎｍ
のｉ線４をマスク５を介して露光した（第１図（ｂ））
。このとき、ナフトキノンジアジドスルフォン酸エステ
ルはフォトブリーチするため露光部２人では、透過率が
露光されてくるとともに大きくなり、ある透過率に達し
た時点から酸発生剤であるｐ−）ルエンスルホン酸２．
８ージニトロベンジルが酸を発生し出す。また露光部と
未露光部の境界の微弱な露光光はナフトキノンジアジド
スルフォン酸エステルに吸収されるため、その領域では
酸は発生しにくい。また、基板からの反射光もナフトキ
ノンジアジドスルフォン酸エステルに吸収されるため、
未露光部が露光されるといった基板からの反射光の影響
もほとんど受けない。そのため露光部と未露光部での酸
の発生率が大きく異なることになる。通常半導体基板上
にはＡ９配線パターン等が形成され、反射が大きい。

従って、本発明はこのような場合特に有効となる。

そして１１０″０１　９０ｓｅｃ間ホットプレート３で
ベークすることにより（第１図（ｃ））、発生した酸が
レジスト材料２のベースポリマーを攻撃し以下に示す反
応の結果、ベースポリマー・がポリビニルフェノールに
変化し、アルカリ水溶液のような極性のある現像液で溶
解可溶となる。

−〇〇　Ｈ　　　Ｃ　Ｈ　２−＋ーｆーＣ　Ｈ　　　Ｃ
　Ｈ２升−Ｉ−ｈ またこの反応でも酸が発生し、この酸が別のポリマーを
攻撃し同様の反応を起こす。このように感光は露光後の
熱処理で主に生じるため、発生させる酸はわずかでよく
、その結果感度が非常に高くなる。熱処理後、テトラメ
チルアンモニュウムハイドロオキサイド（ＴＭＡＨ）と
１０％イソプロパ／−ルの混合液で３０ｓｅｃ間現像す
ることにより、パターン形成材料２の露光部２Ａを溶解
除去し、ポジ型パターン２Ｂを得た（第１図（ｄ））。

このとき、露光時に露光部と未露光部での酸の発生率が
大きく異なることから、高コントラストのパターンが得
られた。

第４図に０．　　６μｍのラインアンドスペースのパタ
ーンを示す。

パターン形成実験の結果、第４図からも明らかなごとく
良好な特性が得られ高コントラストのパターンを形成す
ることが可能であった。

以下に染料を添加していない従来の化学増幅型レジスト
との比較を示す。

感度 γ値 マスクリニアリティ フォーカス余裕度 解像度 耐熱性 従来のレジ′スト ５５ｍＪ／ａｍ２ ３、　　　０ ０、６０μｍ ２、４μｍ ０、４５μｍ １２０℃ 本発明のレジ゛スト ６７ｍＪ／ｃｍ２ ４、１ ０、４０μｍ ３、３μｍ Ｏ，３５μｍ １６０℃ 上記のように本発明のレジストは染料を添加しているた
め、コントラストを表すγ値が太きくなっている。また
同様の理由から、基板からの反射の影響もほとんど受け
ていないため、染料を添加していない従来のレジストの
ように露光部と未露光部のコントラストが小さくなる０
、６μｍ以下のノでターンが細ってしまうというなこと
もなく、０．４０μｍまでマスク寸法に忠実に、Ｎ１１
ターン形成ができている。第５図に本発明のレジストの
０．５μｍラインにおけるフォーカス余裕度を示す。こ
のようにレンジで３．３μｍと広いフォーカス余裕度を
有している。限界解像度も高コントラストであるため、
染料を添加していない従来のレジストが０．４５μｍで
あるのに対し、本発明のレジストでは０．３５μｍと非
常に高解像度が得られる。さらに、本実施例ではペース
ポリマーにポリビニルフェノールヲ含有しているため、
耐熱性も向上している。

以上のように、染料を添加していない従来のレジストに
比べ本発明のレジストの方が極めて優れていることが分
かる。

実施例２ 樹脂を下記の組成に変更する以外は、実施例１と同様の
実験を行なった。

その結果、実施例１と同様の良好な結果が得られた。

実施例３ 酸発生剤を下記の組成に変更する以外は、実施その結果
、実施例１と同様の良好な結果が得られた。

実施例４ 染料としてスーダンオレンジを添加する以外は、実施例
１と同様の実験を行なった。

その結果、若干感度は落ちるが実施例１と同様の良好な
結果が得られた。

ただし、ここでベースポリマーとしてポリビニルフェノ
ールの水酸基をｔｅｒｔ−ブトキシ基で保護したポリマ
ーを用いたが、メチル基、イソプロピル基、メトキシメ
チル基、インプロポキシメチル基、トリメチルシリル基
、ターシャルブトキシカルボニル基、インプロポキシカ
ルボニル基などで保護したポリマー等、酸雰囲気でアル
カリ可溶性を示す基を有した樹脂であればなんでもよい
。

また、酸発生剤もｐ−トルエンスルフォン酸２゜６−シ
ニトロベンジルやオニウム塩を用いたが、スルフォン酸
化合物、カルボン酸化合物等紫外線により酸を発生する
ものであればなんでもよい。

さらに、染料としてスーダンオレンジ、紫外線露光で吸
収が小さくなる染料としてナフトキノンジアジドスルフ
ォン酸エステル化合物を用いたが、紫外線領域で吸収を
持つ染料、または紫外線領域明細書の浄書（内容に変更
なし） で吸収を持ち紫外線露光で吸収が小さくなる染料であれ
ばなんでもよい。

また下記に示すような紫外線領域で吸収を持つポリマー
や、紫外線領域で吸収を持ち紫外線露光で吸収が小さく
なるポリマーを、ヘースボリマーに用いることにより同
等の結果が得られる。

ＣＨ３ ＣＨ。

紫外線領域で吸収を持つボイツー （以　下　余　白） 明細書の浄書（内容に変更なし） 紫外線領域で吸収を持ち紫外線露光で吸収が小さくなる
ポリマー 発明の詳細 な説明したように、本発明によれば、紫外線特にｉ線に
対して高怒度、高コントラスト、およびリソグラフィー
プロセスに対する安定性を有する新規なパターン形成材
料を用いたパターン形成方法を提供するものであり、本
発明によれば０９４５μｍ−０，５０μｍルールのデバ
イスへの応用が可能となり、結果として半導体素子の微
細化、歩留りの向上につながり、工業的価値が高い。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例のパターン形成方法の工程断
面図、第２図は本発明の一実施例のパターン形成材料の
紫外線分光曲線図（ただし、実線は露光前、破線は露光
後）、第３図は本発明の一実施例のパターン形成材料の
照射特性図、第４図は本発明の一実施例のパターン形成
材料のパターン形状図、第５図は本発明の一実施例のパ
ターン形成材料のフォーカス余裕度を示した図、第６図
は既存の材料からなる化学増幅型レジストの紫外線分光
曲線図、第７図は染料を添加していない従来の化学増幅
型レジストのパターン形状図、第８図は従来のパターン
形成方法の工程断面図である。 １・・・シリコン基板、２・・・本発明のパターン形成
材料、２Ｂ・・・レジストパターン、３・・・ホットプ
レート、４・・・露光光（ｉ線）、５・・・マスク。

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. （１）基板上にｉ線領域に吸収を持つ化学増幅型レジス
   ト薄膜を形成する工程と、ｉ線又はそれ以下の紫外線で
   前記レジスト膜を選択的に露光する工程と、前記基板を
   加熱処理する工程と、現像液で前記レジスト膜を現像し
   て前記レジスト膜のパターンを形成する工程を有するこ
   とを特徴とするパターン形成方法。
2. （２）化学増幅型レジストが、染料を入れることにより
   ｉ線領域に吸収を持つものであることを特徴とする特許
   請求の範囲第１項記載のパターン形成方法。
3. （３）染料が露光により吸収が小さくなることを特徴と
   する特許請求の範囲第１項記載のパターン形成方法。