JPH0936011A - パターン形成方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 フォトレジスト膜４の膜厚の増加による解像
性能(最小加工可能寸法)に依存されることなく、エッチ
ングパターン５の微細化を図る。 【構成】 被加工物上に、酸発生剤２が添加された化学
増幅系のフォトレジスト材１を形成する工程と、フォト
レジスト材１の露光領域１Ａに水素陽イオン２Ａを発生
させ、フォトレジスト材１の露光領域１Ａを水素陽イオ
ン２Ａの触媒反応で不溶化し、フォトレジスト材１の未
露光領域１Ｂを除去し、フォトレジスト材１の露光領域
２Ａ上及び除去領域(１Ｂ)上に化学増幅系のフォトレジ
スト材３を形成し、フォトレジスト材１の露光領域１Ａ
からフォトレジスト材３に水素陽イオンを拡散させ、フ
ォトレジスト材３に水素陽イオン２Ａの拡散領域３Ａを
形成すると共に、この拡散領域３Ａを水素陽イオン２Ａ
の触媒反応で不溶化し、フォトレジスト材３の拡散領域
３Ａを除くその他の領域を除去する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、パターン形成技術に関
し、特に、被加工物上のフォトレジスト膜にエッチング
パターンを形成するパターン形成技術に関するものであ
る。

【０００２】

【従来の技術】メモリＬＳＩ、ロジックＬＳＩ等の半導
体集積回路を製造する半導体製造技術において、絶縁
膜、導電膜、半導体基板等の被加工物は、フォトレジス
ト膜に形成されたエッチングパターンに基づいてエッチ
ング(加工)される。エッチングパターンは、例えば丸善
株式会社、ＵＬＳＩプロセスの基礎技術［１９９１年、
３月２５日発行、第３５頁第６２頁］に記載されている
ように、まず、被加工物上にフォトレジスト膜を形成
し、その後、フォトレジスト膜にエッチングパターンの
潜像を形成する露光処理を施し、その後、フォトレジス
ト膜にベーク処理を施し、その後、フォトレジスト膜に
現像処理を施すことにより形成される。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】前記フォトレジスト膜
にエッチングパターンを形成するパターン形成技術にお
いて、フォトレジスト膜の膜厚は、被加工物とのエッチ
ング選択比や被加工物に加工を施す加工深さによって増
加しなければないない。しかしながら、フォトレジスト
膜の膜厚の増加に伴って、フォトレジスト膜にエッチン
グパターンを形成する解像性能が劣化するため、図７
（フォトレジスト膜の膜厚とエッチングパターンの最小
加工可能寸法との関係を示す相関図）に示すように、フ
ォトレジスト膜の膜厚が増加するに従ってエッチングパ
ターンの最小加工可能寸法が大きくなり、エッチングパ
ターンの微細化を図ることができない。

【０００４】本発明の目的は、フォトレジスト膜の膜厚
の増加による解像性能（最小加工可能寸法）に依存され
ることなく、エッチングパターンの微細化を図ることが
可能な技術を提供することにある。

【０００５】本発明の前記ならびにその他の目的と新規
な特徴は、本明細書の記述及び添付図面によって明らか
になるであろう。

【０００６】

【課題を解決するための手段】本願において開示される
発明のうち、代表的なものの概要を簡単に説明すれば、
下記のとおりである。

【０００７】被加工物上のフォトレジスト膜にエッチン
グパターンを形成するパターン形成方法において、被加
工物上に、酸発生剤が添加された化学増幅系の第１フォ
トレジスト材を形成する工程と、前記第１フォトレジス
ト材に露光処理を施し、この第１フォトレジスト材の露
光領域に水素陽イオンを発生させる工程と、前記第１フ
ォトレジスト材にベーク処理を施し、この第１フォトレ
ジスト材の露光領域を水素陽イオンの触媒反応で不溶化
する工程と、前記第１フォトレジスト材に現像処理を施
し、この第１フォトレジスト材の未露光領域を除去する
工程と、前記第１フォトレジスト材の露光領域上及び除
去領域上に化学増幅系の第２フォトレジスト材を形成す
る工程と、前記第２フォトレジスト材にベーク処理を施
し、前記第１フォトレジスト材から前記第２フォトレジ
スト材に水素陽イオンを拡散させ、前記第２フォトレジ
スト材に水素陽イオンの拡散領域を形成すると共に、こ
の拡散領域を水素陽イオンの触媒反応で不溶化する工程
と、前記第２フォトレジスト材に現像処理を施し、この
第２フォトレジスト材の拡散領域を除くその他の領域を
除去する工程とを備える。

【０００８】

【作用】上述した手段によれば、第１フォトレジスト材
に露光処理を施した後、第１フォトレジスト材の露光領
域から縦方向に向って第２フォトレジスト材中を拡散し
た水素陽イオンの拡散領域の領域幅に相当する分、フォ
トレジスト膜の膜厚を増加することができ、第１フォト
レジスト材の露光領域から横方向に向って第２フォトレ
ジスト材中を拡散した水素陽イオンの拡散領域の領域幅
に相当する分、エッチングパターンの寸法幅を縮小する
ことができるので、フォトレジスト膜の膜厚の増加によ
る解像性能(最小加工可能寸法)に依存されることなく、
エッチングパターンの微細化を図ることができる。

【０００９】

【実施例】以下、本発明の構成について、層間絶縁膜
(被加物)上のフォトレジスト膜にエッチングパターンを
形成するパターン形成技術に本発明を適用した一実施例
とともに説明する。

【００１０】なお、実施例を説明するための全図におい
て、同一機能を有するものは同一符号を付け、その繰り
返しの説明は省略する。

【００１１】図１は、本発明の一実施例である層間絶縁
膜(被加工物)上のフォトレジスト膜にエッチングパター
ンが形成された状態を示す模式断面図であり、図２乃至
図６は、エッチングパターンの形成方法を説明するため
の模式断面図である。

【００１２】図１に示すように、層間絶縁膜(被加工物)
１３上のフォトレジスト膜４には、層間絶縁膜１３に接
続孔１３Ａを形成するためのエッチングパターン５が形
成されている。フォトレジスト膜４はフォトレジスト材
１及びフォトレジスト材３で形成される。なお、図１に
おいて、符号２Ａは水素陽イオンであり、符号１０は半
導体基板であり、符号１１は層間絶縁膜であり、符号１
２は導電膜である。

【００１３】次に、前記層間絶縁膜１３上のフォトレジ
スト膜４にエッチングパターン５を形成するパターン形
成方法について、図２乃至図６を用いて説明する。

【００１４】まず、図２に示すように、層間絶縁膜１３
上に、酸発生剤２が添加された化学増幅系のフォトレジ
スト材１を形成する。この化学増幅系のフォトレジスト
材１は、例えば、オニウム塩を酸発生剤２とし、メラミ
ンを架橋剤とし、ノボラック樹脂を樹脂とする組成で構
成される。この工程において、フォトレジスト材１の膜
厚はＴ１である。

【００１５】次に、前記フォトレジスト材１にフォトマ
スク１４を用いて露光処理を施し、図３に示すように、
フォトレジスト材１の露光領域１Ａに水素陽イオン２Ａ
を発生させる。この水素陽イオン２Ａは、紫外線、電子
線、レーザ光線等の放射線による酸発生剤２の化学反応
で発生する。つまり、フォトレジスト材１の未露光領域
１Ｂに水素陽イオン２Ａは発生しない。

【００１６】次に、前記フォトレジスト材１にベーク処
理を施し、水素陽イオン２Ａの触媒反応でフォトレジス
ト材１の露光領域１Ａを不溶化する。ベーク処理は、例
えば１００［℃］の温度雰囲気中において約９０秒行
う。

【００１７】次に、前記フォトレジスト材１に現像処理
を施し、図４に示すように、フォトレジスト材１の未露
光領域１Ｂを除去する。この工程において、フォトレジ
スト材１の膜厚Ｔ１に対する解像性能、即ち未露光領域
１Ｂが除去された除去領域での最小加工可能寸法はＤ１
である。

【００１８】次に、図５に示すように、前記フォトレジ
スト材１の露光領域１Ａ上及びフォトレジスト材１の未
露光領域１Ｂが除去された除去領域上に、化学増幅系の
フォトレジスト材３を形成する。この化学増幅系のフォ
トレジスト材３は、例えば、オニウム塩を酸発生剤２と
し、メラミンを架橋剤とし、ノボラック樹脂を樹脂とす
る組成で構成される。

【００１９】次に、前記フォトレジスト材３にベーク処
理を施し、前記フォトレジスト材１の露光領域１Ａから
フォトレジスト材３に水素陽イオン２Ａを拡散させ、図
６に示すように、フォトレジスト材３に水素陽イオン２
Ａの拡散領域３Ａを形成すると共に、このフォトレジス
ト材３の拡散領域３Ａを水素陽イオン２Ａの触媒反応で
不溶化する。水素陽イオン２Ａは、フォトレジスト材１
の露光領域１Ａから縦方向に向ってフォトレジスト材３
中に拡散すると共に、フォトレジスト材１の露光領域１
Ａから横方向に向ってフォトレジスト材３中に拡散す
る。この工程において、水素陽イオン２Ａの縦方向の拡
散量、即ち、拡散領域３Ａの領域幅Ｔ２に相当する分、
フォトレジスト膜(４)の膜厚が増加され、水素陽イオン
２Ａの横方向の拡散量、即ち、拡散領域３Ａの領域幅Ｄ
２に相当する分、エッチングパターン(５)の寸法幅が縮
小される。つまり、フォトレジスト材１に露光処理を施
した後、フォトレジスト材１の露光領域１Ａから縦方向
に向ってフォトレジスト材３中を拡散した水素陽イオン
２Ａの拡散領域３Ａの領域幅Ｔ２に相当する分、フォト
レジスト膜(４)の膜厚を増加することができ、フォトレ
ジスト材１の露光領域１Ａから横方向に向ってフォトレ
ジスト材３中を拡散した水素陽イオン２Ａの拡散領域３
Ａの領域幅Ｄ２に相当する分、エッチングパターン(５)
の寸法幅を縮小することができる。

【００２０】次に、前記フォトレジスト材３に現像処理
を施し、フォトレジスト材３の拡散領域３Ａを除くその
他の領域(未拡散領域)を除去する。この工程により、図
１に示すように、フォトレジスト材１の膜厚Ｔ１にフォ
トレジスト材３の拡散領域３Ａの領域幅Ｔ２を加味した
膜厚寸法Ｔ３のフォトレジスト膜４が形成され、フォト
レジスト材１の除去領域(１Ｂ)の領域幅Ｄ１からフォト
レジスト材３の拡散領域３Ａの領域幅Ｄ２を差し引いた
寸法幅Ｄ３のエッチングパターン５が形成される。

【００２１】このように、被加工物である層間絶縁膜１
３上のフォトレジスト膜４にエッチングパターン５を形
成するパターン形成方法において、層間絶縁膜１３上
に、酸発生剤が添加された化学増幅系のフォトレジスト
材１を形成する工程と、前記フォトレジスト材１に露光
処理を施し、このフォトレジスト材１の露光領域１Ａに
水素陽イオン２Ａを発生させる工程と、前記フォトレジ
スト材１にベーク処理を施し、このフォトレジスト材１
の露光領域１Ａを水素陽イオン２Ａの触媒反応で不溶化
する工程と、前記フォトレジスト材１に現像処理を施
し、このフォトレジスト材１の未露光領域１Ｂを除去す
る工程と、前記フォトレジスト材１の露光領域１Ａ上及
び除去領域(１Ｂ)上に化学増幅系のフォトレジスト材３
を形成する工程と、前記フォトレジスト材３にベーク処
理を施し、前記フォトレジスト材１の露光領域１Ａから
前記フォトレジスト材３に水素陽イオン２Ａを拡散さ
せ、前記フォトレジスト材３に水素陽イオン２Ａの拡散
領域３Ａを形成すると共に、この拡散領域３Ａを水素陽
イオン２Ａの触媒反応で不溶化する工程と、前記フォト
レジスト材３に現像処理を施し、このフォトレジスト材
３の拡散領域３Ａを除くその他の領域を除去する工程と
を備える。これにより、フォトレジスト材１に露光処理
を施した後、フォトレジスト材１の露光領域１Ａから縦
方向に向ってフォトレジスト材３中を拡散した水素陽イ
オン２Ａの拡散領域３Ａの領域幅Ｔ２に相当する分、フ
ォトレジスト膜４の膜厚を増加することができ、フォト
レジスト材１の露光領域１Ａから横方向に向ってフォト
レジスト材３中を拡散した水素陽イオン２Ａの拡散領域
３Ａの領域幅Ｄ２に相当する分、エッチングパターン５
の寸法幅を縮小することができるので、フォトレジスト
膜４の膜厚の増加による解像性能(最小加工可能寸法)に
依存されることなく、エッチングパターン５の微細化を
図ることができる。

【００２２】なお、前記フォトレジスト材１の露光領域
１Ａからフォトレジスト材３中への水素陽イオン２Ａの
拡散は、フォトレジスト材３の上面側から負バイアスを
かけながら行ってもよい。この場合、水素陽イオン２Ａ
は負バイアス側に引き寄され、水素陽イオン２Ａの横方
向の拡散を阻止することができるので、フォトレジスト
膜４の膜厚の増加だけ行うことができる。

【００２３】また、前記フォトレジスト材１の露光領域
１Ａからフォトレジスト材２中への水素陽イオン２Ａの
拡散は、フォトレジスト材３の上面側から正バイアスを
かけながら行ってもよい。この場合、水素陽イオン２Ａ
はフォトレジスト材１の露光領域１Ａに押し戻され、水
素陽イオン２Ａの縦方向の拡散を阻止することができる
ので、エッチングパターン５の寸法幅の縮小だけ行うこ
とができる。

【００２４】以上、本発明者によってなされた発明を、
前記実施例に基づき具体的に説明したが、本発明は、前
記実施例に限定されるものではなく、その要旨を逸脱し
ない範囲において種々変更可能であることは勿論であ
る。

【００２５】例えば、本発明は、被加工物である半導体
基板上のフォトレジスト膜にエッチングパターンを形成
するパターン形成技術に適用することができる。

【００２６】また、本発明は、被加工物である導電膜上
のフォトレジスト膜にエッチングパターンを形成するパ
ターン形成技術に適用することができる。

【００２７】

【発明の効果】本願において開示される発明のうち代表
的なものによって得られる効果を簡単に説明すれば、下
記のとおりである。

【００２８】被加工物上のフォトレジスト膜にエッチン
グパターンを形成するパターン形成技術において、フォ
トレジスト膜の膜厚の増加による解像性能(最小加工可
能寸法)に依存されることなく、エッチングパターンの
微細化を図ることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例である層間絶縁膜(被加工物)
上のフォトレジスト膜にエッチングパターンが形成され
た状態を示す模式断面図。

【図２】前記エッチングパターンの形成方法を説明する
ための模式断面図。

【図３】前記エッチングパターンの形成方法を説明する
ための模式断面図。

【図４】前記エッチングパターンの形成方法を説明する
ための模式断面図。

【図５】前記エッチングパターンの形成方法を説明する
ための模式断面図。

【図６】前記エッチングパターンの形成方法を説明する
ための模式断面図。

【図７】従来のパターン形成技術におけるフォトレジス
ト膜の膜厚とエッチングパターンの最小加工可能寸法と
の関係を示す相関図。

【符号の説明】

１…フォトレジスト材、１Ａ…露光領域、１Ｂ…未露光
領域、２…酸発生剤、２Ａ…水素陽イオン、３…フォト
レジスト材、３Ａ…拡散領域、４…フォトレジスト膜、
５…エッチングパターン、１０…半導体基板、１１…層
間絶縁膜、１２…導電膜、１３…層間絶縁膜(被加工
物)、１３Ａ…接続孔。

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 被加工物上のフォトレジスト膜にエッチ
   ングパターンを形成するパターン形成方法において、以
   下の工程(イ)乃至(ト)を備えたことを特徴とするパター
   ン形成方法。 (イ)被加工物上に、酸発生剤が添加された化学増幅系の
   第１フォトレジスト材を形成する工程、(ロ)露光処理を
   施し、前記第１フォトレジスト材の露光領域に水素陽イ
   オンを発生させる工程、(ハ)ベーク処理を施し、前記第
   １フォトレジスト材の露光領域を水素陽イオンの触媒反
   応で不溶化する工程、(ニ)現像処理を施し、前記第１フ
   ォトレジスト材の未露光領域を除去する工程、(ホ)前記
   第１フォトレジスト材の露光領域上及び除去領域上に化
   学増幅系の第２フォトレジスト材を形成する工程、(ヘ)
   ベーク処理を施し、前記第１フォトレジスト材の露光領
   域から前記第２フォトレジスト材に水素陽イオンを拡散
   させ、前記第２フォトレジスト材に水素陽イオンの拡散
   領域を形成すると共に、この拡散領域を水素陽イオンの
   触媒反応で不溶化する工程、(ト)現像処理を施し、前記
   第２フォトレジスト材の拡散領域を除くその他の領域を
   除去する工程。
2. 【請求項２】 前記水素陽イオンの拡散は、前記第２フ
   ォトレジスト材の上面側から負バイアスをかけながら行
   うことを特徴とする請求項１に記載のパターン形成方
   法。
3. 【請求項３】 前記水素陽イオンの拡散は、前記第２フ
   ォトレジスト材の上面側から正バイアスをかけながら行
   うことを特徴とする請求項１に記載のパターン形成方
   法。