JPH0814699B2 - パターン形成方法 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 産業上の利用分野 本発明は微細加工に有効なパターン形成方法に関する
ものである。さらに詳しくいえば、本発明は、半導体集
積回路素子などの製造において、縮小投影露光法による
サブミクロンオーダーの加工に有効なパターン形成方法
に関するものである。

従来の技術 近年、半導体産業においては、産業用コンピューター
オフィスオートメーション、パーソナルコンピューター
などの需要が飛躍的に拡大し、その技術も日進月歩の発
展を続けており、これに伴って半導体集積回路素子にお
いても、急速に高密度化、高集積度化が進み、その製造
工程に関して多くの提案や工夫がなされている。例えば
半導体集積回路素子の製造においては、サブミクロンオ
ーダーのパターン形成が要求されており、そのためにホ
トリソグラフィ工程で使用されるホトレジストについて
も、これまで主流であったネガ型ホトレジストに代っ
て、解像度の高いポジ型ホトレジストが主流になりつつ
ある。

さらに微細加工技術の進歩もめざましく、特に光を利
用するマイクロリソグラフィ技術においても、この数年
で長足の進歩をとげている。例えばホトレジストにパタ
ーンを転写するための露光技術においては、位置合せ技
術の進歩により、パターンの重ね合わせ精度が向上し、
またパターンマスクの損傷や汚染を防止するため、従来
のコンタクト露光法に代り、1:1の反射型投影露光装置
が用いられるようになった。さらに高解像度を得るため
に、ステップアンドリピート方式による縮小型投影露光
装置が半導体集積回路素子の製造工程に導入されるよう
になり、また、例えば436nmや365nmといった単一波長の
光又はこれらを組み合わせた光を用いて縮小投影するこ
とによって、より高い解像度が達成されるようになっ
た。

一方、光学レンズの開口比（N.A）を大きくすること
により、明暗差が大きくなって、輪郭の明瞭な像が得ら
れ、コントラストの大きいパターン画像が得られるよう
になった。

しかしながら、開口比（N.A）を大きくするために
は、レンズ径を大きくすればよいが、実用的なレンズの
大きさには限界があり、また開口比（N.A）を大きくす
ると、レンズ周縁部からの光の入射角とレンズ中心部か
らの光の入射角の差が大きくなって、焦点深度のばらつ
きが生じ、さらには段差を有するシリコーン基板では解
像度の低下の原因ともなる。

このように、現状では縮小投影露光装置を用いたホト
リソグラフィ工程であっても、解像度に限界があり、よ
り高解像度のパターンを得るための方法として、２層又
は３層レジスト構造のような多層レジスト法が提案され
ている。

しかしながら、この多層レジスト法は、パターン形成
のために２段階以上の現像処理工程が必要であり、煩雑
になるのを免れないという欠点を有している。

発明が解決しようとする問題点 本発明の目的は、このような事情のもとで、半導体集
積回路素子の製造に好適な縮小投影露光法によるパター
ン形成において、より高解像度のパターンが得られる上
に、１回の現像処理でマスクパターンに忠実なパターン
を形成しうる工業的な実施に適したパターン形成方法を
提供することにある。

問題点を解決するための手段 本発明者らは、鋭意研究を重ねた結果、基板上に形成
したホトレジスト層の上に、特定の溶解性能を有する活
性光線透過性有機膜を設けたのち、縮小投影露光方法に
よる選択的露光及び現像処理を施すことにより、その目
的を達成しうることを見出し、この知見に基づいて本発
明を完成するに至った。

すなわち、本発明は、縮小投影露光により画像形成を
行うポジ型ホトレジスト層のパターン形成方法におい
て、基板上にアルカリ現像性ポジ型ホトレジスト層を設
け、この上にさらにアルカリ現像液可溶の有機膜形成材
料を前記ホトレジストに溶解しない溶剤に溶かして塗布
することにより、活性光線透過性有機膜を形成させた感
光材料を用い、画像形成露光後アルカリ現像すると同時
に該有機膜を除去することを特徴とする方法を提供する
ものである。

本発明方法においては、基板上に設けられたホトレジ
スト層上に有機膜を形成させるが、この有機膜は、有機
膜形成用材料を溶剤に溶解し、この溶液を該ホトレジス
ト層表面に均一に塗布したのち、乾燥して形成させる。
該有機膜は活性光線透過性を有することが必要で、その
膜厚は0.04〜3.0μｍの範囲が好ましい。この膜厚が0.0
4μｍ未満では本発明の効果が十分に発揮されず、また
3.0μｍを超えると下層ホトレジストの感度の低下を招
く。前記有機膜形成用材料を溶解するのに用いる溶剤
は、該ホトレジスト層を溶解させないものであることが
必要である。これはホトレジスト層が溶剤に溶解又は溶
剤で膨潤することによるパターン形状の劣化を防ぐため
である。このような溶剤としては、水又は炭化水素系の
溶剤、例えばｎ−ペンタン、イソペンタン、ｎ−ヘキサ
ン、イソヘキサン、ｎ−ヘプタン、イソヘプタン、2,2,
4−トリメチルペンタン、ｎ−オクタン、イソオクタ
ン、ｎ−デカン、2,2−ジメチルブタン、２−ペンテ
ン、シクロヘキサン、メチルシクロヘキサン、ベンゼ
ン、トルエン、キシレン、エチルベンゼン、イソプロピ
ルベンゼン、ジエチルベンゼン、トリエチルベンゼン、
sec−ブチルベンゼン、アミルベンゼン、ジアミルベン
ゼン、トリアミルベンゼン、テトラアミルベンゼン、ド
デシルベンゼン、ジドデシルベンゼン、アミルトルエ
ン、スチレン、アミルナフタレン、テトラヒドロナフタ
レン、デカヒドロナフタレンなどが挙げられる。これら
の中で特にキシレン、トルエン、スチレンなどが好適に
用いられる。

本発明方法における現像には、アルカリ現像液が用い
られ、このアルカリ現像液としては、例えばテトラメチ
ルアンモニウムヒドロキシド水溶液やトリメチル（２−
ヒドロキシエチル）アンモニウムヒドロキシド水溶液な
どの通常用いられている有機アルカリ現像液が好適であ
る。

本発明方法における上層の有機膜は、このようなアル
カリ現像液により溶解除去され、かつ前記溶剤に溶解し
なければならない。このような条件に合う有機膜形成用
材料としては、例えば変性フェノール樹脂、アルキド樹
脂、尿素樹脂、メラミン樹脂、ゼラチン、カゼイン、ポ
リエステル、ポリウレタン、アセチルセルロース、ポリ
酢酸ビニル、マレイン酸変性ロジン、ポリビニルアルコ
ール、ポリビニルピロリドン、メチルビニルエーテル無
水マレイン酸コポリマー及びこれらの誘導体などが挙げ
られ、これらはそれぞれ単独で用いてもよいし、２種以
上組み合わせて用いてもよい。

さらに、所望により光吸収剤として、例えばアゾ系の
染料を添加することもできる。

また、本発明方法において、ホトレジスト層に用いら
れる材料としては、アルカリ現像性ポジ型ホトレジスト
が用いられ、例えばノボラック樹脂系ポジ型ホトレジス
トであるOFPR−800（東京応化工業社製）、AZ−1300、A
Z−1400（ヘキスト社製）、MP−1400（シプレイ社製）
など通常用いられている紫外線又は遠紫外線感応型のポ
ジ型ホトレジストが好適に用いられる。

次に、本発明方法の好適な実施態様について説明する
と、まず、例えば二酸化ケイ素膜が一面に形成されたシ
リコンウエハー上に、アルカリ現像性のポジ型ホトレジ
ストを所望の膜厚になるようにスピン塗布し、乾燥して
ホトレジスト層を形成したのち、有機膜形成材料を該ホ
トレジスト層を溶解させない溶剤に溶解し、この溶液を
該ホトレジスト層上にスピン塗布し、乾燥して有機膜を
形成する。

次いで、これに縮小投影露光装置を用いて選択露光を
施したのち、有機アルカリ現像液により現像処理を行
う。この際該有機膜は有機アルカリ現像液中に溶解除去
され、次にホトレジスト層の選択露光により可溶化した
部分が溶解除去されて、シリコンウエハー上にホトレジ
ストパターンが形成される。

発明の効果 本発明方法によれば、縮小投影露光法によるパターン
形成において、より高解像度のパターンが得られる上
に、１回の現像処理でマスクパターンに忠実なパターン
を形成しうるので、該方法は工業的な実施に有利であ
り、半導体集積回素子の製造に好適に用いられる。

実施例 次に実施例により本発明をさらに詳細に説明する。

実施例１ マレイン酸変性ロジン（荒川化学工業社製）40gをキ
シレン100gに溶解したのち、孔径0.2μｍのメンブレン
フィルターを用いてろ過し、有機膜形成用塗布液とし
た。

一方、レジストコーター（タツモ社製、TR−4000）を
用いてポジ型ホトレジスト（東京応化工業社製、OFPR−
800）を４インチシリコンウエハー上に均一に塗布した
のち、110℃で90秒間ホットプレート上にて乾燥し、1.3
μｍ厚のホトレジスト層を形成した。次いで常温で上記
の有機膜形成用塗布液をレジストコーター（タツモ社
製、TR−4000）を用いて、該ホトレジスト層上に塗布
し、110℃で90秒間ホットプレート上にて乾燥し、1.3μ
ｍ厚の有機膜を形成した。

次いで縮小投影露光装置（GCA社製、DSW−4800型ウエ
ハステッパー）を用いて、開口比（N.A）が0.28の条件
のもとでテストチャートマスク（大日本印刷社製）を介
して露光したのち2.38重量％テトラメチルアンモニウム
ヒドロキシド水溶液中、23℃で30秒間浸せきし現像し
た。このとき1.0μｍ幅の露光部のパターンのみが完全
に除去されるに要する最短の露光時間は300msであっ
た。またホトレジストパターン形状は、側面がほぼ垂直
に切り立った良好な断面形状であり、有機膜は完全に除
去されていた。

実施例２ ポリビニルピロリドン30gを純水100gに溶解したの
ち、孔径0.2μｍのメンブレンフィルターを用いてろ過
し、有機膜形成用塗布液を調製した。

次に、実施例１と同様にして、シリコンウエハー上に
ホトレジスト層を設け、この層上に前記塗布液を塗布
し、110℃で120秒間乾燥して、1.3μｍ厚の有機膜を形
成し、次いで露光、現像処理を施したところ、実施例１
と全く同様な結果が得られた。

実施例３ メチルビニルエーテル無水マレイン酸コポリマー30g
を純水100gに溶解したのち、孔径0.2μｍのメンブレン
フィルターを用いてろ過し、有機膜形成用塗布液を調製
した。

次に、実施例１と同様にして、シリコンウエハー上に
ホトレジスト層を設け、この層上に前記塗布液を塗布
し、乾燥して、1.5μｍ厚の有機膜を形成し、次いで露
光、現像したところ、実施例１と全く同様な結果が得ら
れた。

実施例４ ｔ−ブチルフェノール樹脂30gをキシレン100gに溶解
したのち、孔径0.2μｍのメンブレンフィルターを用い
てろ過し、有機膜形成用塗布液を調製した。

次に、実施例１と同様にして、シリコンウエハー上に
ホトレジスト層を設け、この層の上に前記塗布液を塗布
し、乾燥して、1.5μｍ厚の有機膜を形成した。次いで
露光、現像したところ、実施例１と全く同様な結果が得
られた。

実施例５ 実施例１で得られたマレイン酸変性ロジン溶液に４−
（４′−N,N−ジエチルアミノフェニル）アゾベンゼン
をマレイン酸変性ロジンの樹脂量に対し７重量％添加
し、有機膜形成用塗布液とした。

一方、熱酸化膜を有しかつ段差パターンのある４イン
チシリコンウエハー上にアルミニウムを蒸着し、次いで
ポジ型ホトレジスト（東京応化工業社製、OFPR−800）
をレジストコーター（タモツ社製、TR−4000）を用いて
均一に塗布したのち、110℃で90秒間ホットプレート上
にて乾燥し、1.3μｍ厚のホトレジスト層を形成した。
次いで常温で上記の有機膜形成用塗布液を、レジストコ
ーター（タツモ社製、TR−4000）を用いて、該ホトレジ
スト層上に塗布し、110℃で90秒間ホットプレート上に
て乾燥し、1.3μｍ厚の有機膜を形成した。

次いで、縮小投影露光装置（GCA社製、DSW−4800型ウ
エハステッパー）を用いて、開口比（N.A）が0.28の条
件のもとでテストチャートマスク（大日本印刷社製）を
介して露光したのち2.38重量％テトラメチルアンモニウ
ムヒドロキシド水溶液中、23℃で30秒間浸せきし現像し
た。このとき、1.0μｍ幅の露光部のパターンのみが完
全に除去されるに要する最短の露光時間は500msであっ
た。またホトレジストパターン形状は、側面がほぼ垂直
に切り立った良好な断面形状であり、有機膜は完全に除
去されていた。

比較例 レジストコーター（タツモ社製、TR−4000）を用いて
ポジ型ホトレジスト（東京応化工業社製OFPR−800）を
４インチシリコンウエハー上に均一に塗布したのち、11
0℃で90秒間ホットプレート上にて乾燥し、1.3μｍ厚の
ホトレジスト層を形成した。

次いで縮小投影露光装置（GCA社製、DSW−4800型ウエ
ハステッパー）を用いて、開口比（N.A）が0.28の条件
のもとでテストチャートマスク（大日本印刷社製）を介
して露光したのち、2.38重量％テトラメチルアンモニウ
ムヒドロキシド水溶液により、23℃で30秒間現像した。

このときの露光部の最小解像限界は1.25μｍであり、
高解像のパターンは得られなかった。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 浅海 慎五 神奈川県藤沢市辻堂西海岸２−９−４− 309 (72)発明者 中根 久 神奈川県横浜市緑区新石川３−23−19 (56)参考文献 特開 昭59−106119（ＪＰ，Ａ) 特開 昭62−11856（ＪＰ，Ａ)

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】縮小投影露光により画像形成を行うポジ型
   ホトレジスト層のパターン形成方法において、基板上に
   アルカリ現像性ポジ型ホトレジスト層を設け、この上に
   さらにアルカリ現像液可溶の有機膜形成材料を前記ホト
   レジストに溶解しない溶剤に溶かして塗布することによ
   り、活性光線透過性有機膜を形成させた感光材料を用
   い、画像形成露光後アルカリ現像すると同時に該有機膜
   を除去することを特徴とする方法。
2. 【請求項２】アルカリ現像液可溶の有機膜形成材料が変
   性フェノール樹脂、アルキド樹脂、尿素樹脂、メラミン
   樹脂、ゼラチン、カゼイン、ポリエステル、ポリウレタ
   ン、アセチルセルロース、ポリ酢酸ビニル、マレイン酸
   変性ロジン、ポリビニルアルコール、ポリビニルピロリ
   ドン、メチルビニルエーテル無水マレイン酸コポリマー
   及びこれらの誘導体の中から選ばれた少なくとも１種で
   ある特許請求の範囲第１項記載の方法。