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JP3271145B2 - パターン形成方法 - Google Patents

パターン形成方法

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Publication number
JP3271145B2
JP3271145B2 JP41325790A JP41325790A JP3271145B2 JP 3271145 B2 JP3271145 B2 JP 3271145B2 JP 41325790 A JP41325790 A JP 41325790A JP 41325790 A JP41325790 A JP 41325790A JP 3271145 B2 JP3271145 B2 JP 3271145B2
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JP
Japan
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resist
pattern
film
forming
resist film
Prior art date
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JP41325790A
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JPH04221814A (ja
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洋一 塘
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Sony Corp
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Sony Corp
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Publication date
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  • Exposure Of Semiconductors, Excluding Electron Or Ion Beam Exposure (AREA)
  • Exposure And Positioning Against Photoresist Photosensitive Materials (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、パターン形成方法に関
し、特に、レジスト膜を被加工基体に形成してパターニ
ングを行うパターン形成方法に関する。本発明は各種分
野におけるパターン形成方法として利用でき、例えば、
電子分野(半導体装置製造分野など)におけるパターン
形成材料に適用することができる。
【0002】
【従来の技術】各種分野におけるパターン形成は、ます
ます微細化する傾向にある。例えば半導体集積回路の最
小加工寸法は年々微細化しており、研究開発レベルで
は、例えば、0.5μm以下の0.35μmのレベルに
なる至っている。これに伴って、フォトリソグラフィ
ー工程においても、微細寸法を高精度で制御しなければ
ならなくなってる。このために、露光波長の短波長化
の試みがなされている。それは、露光波長を短波長化す
れば、それだけ限界解像力も向上するからである。この
ような状況下で、従来の高圧水銀灯から発せられるg線
やi線等の紫外線(波長435nm、365nm)を用
いたリソグラフィー技術から、更に短波長化したKrF
エキシマレーザーリソグラフィー技術等が注目されてい
る。これはKrFエキシマレーザーが発振波長が短く
(250nm)、高解像力が期待されるからである。
【0003】一般にパターン形成に用いるレジストは高
感度であることが望まれるが、上記のような短波長領域
では特に高感度のレジストが要請される。このため、従
来よりも感度の高いレジスト組成物が要求され、かかる
背景で、例えばいわゆる化学増幅型のレジストが注目さ
れている。化学増幅型のレジストとは、光により生成し
た物質が次の重合等の反応を開始させたり、あるいは促
進させるなど、何らかの次の反応への寄与をするレジス
トを言う。このような化学増幅型レジストは、高解像
度、及び良好なレジスト形状をもたらし得るという利点
をもつ。
【0004】化学増幅型レジストは、一般に、光により
酸やアルカリ等の反応性物質を生成し、該反応生物が
架橋反応その他の反応を起こさせる構成になっている。
例えば代表的には、光により酸を発生するいわゆる光酸
発生剤を用い、ネガ型レジストにあっては一般に発生し
た酸が架橋反応を起こさせてその部分の溶剤(現像剤)
に対する溶解性を低下させるように作用し、ポジ型レジ
ストにあっては一般に発生した酸が樹脂の保護基を外し
て溶解性を高めるように作用するものである。よってネ
ガ型の化学増幅型レジストは通常、ベース樹脂と、光酸
発生剤と、酸により架橋が進行する酸架橋剤の三成分系
から成る。あるいはベース樹脂に他の二成分のいずれか
の機能を果たさせるように官能基を導入して、兼用させ
ることもできる。またポジ型の化学増幅型レジストは通
常、ベース樹脂と、光酸発生剤との二成分を必須のもの
として成り、但しベース樹脂には保護基が導入されてい
るか、または別途保護作用をする化合物、通常溶解性を
抑制する酸分解型溶解抑止剤を含有するものである。上
記ポジ型の化学増幅型レジストで、溶解抑止剤を含有す
るものは、光により発生した酸がその溶解抑止効果を失
効させ、光が照射された部分が溶剤(現像剤)により溶
解し得るようにしたものである。
【0005】しかしながら、この化学増幅型レジストに
代表される高感度レジストは、塗布から露光までの放置
時間によって、感度が変化するという欠点がある。
【0006】一方、例えばKrFエキシマレーザーリソ
グラフィ技術は、被加工基体が半導体基板である場合な
ど、基板からの反射の影響を受けやすいため、反射防止
が必要とされている。反射防止技術としては、例えばg
線やi線リソグラフィー技術においては、ARCOR法
というレジストの表面に反射防止膜をコーティングする
方法が知られている。(田中 他「光リソグラフィのた
めのARCOR法の提案」第32回応用物理学関係連合会
講演会予稿集29a−H−3(293頁) 、1985年
春。同「光リソグラフィのためのARCOR法の提案
(2)」第46回応用物理学学術講演会予稿集3p−9
−5(316頁)、1960年秋)。エキシマレーザー
リラフィ技術についても、これを応用してもよいが、剥
離が必要であるなど、プロセスが煩雑であるという問題
があって、必ずしも好ましく適用できるものではなかっ
た。
【0007】
【発明が解決しようとする課題】上述のように、従来技
術にあっては、化学増幅型レジスト等の高感度レジスト
には、状況によって感度が変化するなど性能が変化し
て、加工結果に変動が起こり、例えばパターン寸法に変
動が生じてしまうという問題があり、これがパターン形
成について高感度レジストを使用する隘路となってい
る。
【0008】本出願の各発明は上記問題点を解決しよう
とするものであって、各発明は状況による感度等の性能
変化を防止して、パターン寸法等の変動を防止し、もっ
高感度レジストによるパターン形成を実用上有効に行
えるようにせんとするものである
【0009】
【課題を解決するための手段】本出願の請求項1の発明
は、下記構成により、上記目的を達成したものである。
【0010】即ち本出願の請求項1の発明は、被加工基
体上に解像性能0.5μm以下のレジスト膜を形成し
て、被加工基体上に最小加工寸法が0.5μm以下であ
るパターンの形成を行うパターン形成方法において、上
記レジスト膜は、光により酸を発生する光酸発生剤を含
み、ネガ型レジストにあっては発生した酸が架橋反応を
起こさせてその部分の現像剤に対する溶解性を低下させ
るように作用し、ポジ型レジストにあっては発生した酸
が樹脂の保護基を外して溶解性を高めるように作用する
レジストである化学増幅型レジストにより形成し、かつ
該レジスト膜上に、ポリビニルアルコール類、ポリビニ
ルピロリドン類、多糖類、ポリビニルアセタール類の中
から任意に選んだ1種または2種以上の材料からなる水
溶性高分子膜を形成して該レジストと空気との接触を絶
つことにより、該レジストの解像性能変動を抑制してパ
ターニングを行うとともに、上記レジスト膜のパターニ
ングはエキシマレーザーを用いることを特徴とするパタ
ーン形成方法であって、これにより上記目的を達成した
ものである。
【0011】各発明において、レジスト膜を形成するた
めのレジスト材料としては任意のものを用いることがで
きる。高感度レジスト、例えば化学増幅型レジストを使
用するパターン形成方法に、この発明は特に有効であ
る。
【0012】本発明においては、レジスト膜上に、ポリ
ビニルアルコール類、ポリビニルピロリドン類、多糖
類、ポリビニルアセタール類の中から任意に選んだ1種
または2種以上の材料からなる水溶性高分子膜を形成し
て該レジストと空気との接触を絶つことにより、該レジ
ストの解像性能変動を抑制してパターニングを行う。即
ちPVA(ポリビニルアルコール)類、PVP(ポリビ
ニルピロリドン)類、多糖類(プルラン、セルロースな
ど)、ポリビニルアセタール類の中から任意に選んだ1
種または2種以上を用いる。レジスト膜を大気から効果
的に遮断するという観点からは、PVAが望ましい。
【0013】本発明において、水溶性高分子膜の膜厚
は、使用する露光光の波長であるエキシマレーザーの波
長、例えばKrFエキシマレーザー発振波長、あるいは
ArFエキシマレーザー発振波長における該水溶性高分
子材料の屈折率で決まる反射防止条件となる膜厚に設定
することができる。
【0014】
【作用】請求項1,2の発明によれば、レジストの塗布
から露光または現像までの放置時間による解像性能の変
化、特に感度変化を防止することができる。
【0015】この発明の作用は必ずしも明らかではな
い。
【0016】本発明者は放置時間のばらつきによる解像
性能の変化、特に感度変動は、主としてレジストの大気
との接触による影響、恐らく酸素や湿度の影響に起因す
るものと推定し、よって特定の材料によって空気とレジ
ストとの接触を断つように構成すればこの問題を解決で
きるのではないかと考えた。
【0017】かかる着眼点に立って種々検討の結果、上
記発明によって問題が解決されることを見い出し、本発
明を完成するに到ったものである。
【0018】なお請求項1,2の発明は、反射防止条件
の膜厚で水溶性高分子膜を形成することによって、従来
技術より簡単に有効な反射防止作用をもたせることがで
き、かかる反射防止により、更に安定したパターン形成
を可能ならしめ得るものでもある。
【0019】
【実施例】以下本出願の各発明の実施例について、説明
する。但し当然のことではあるが、各発明は以下に記載
する実施例により限定されるものではない。
【0020】実施例1 本実施例は、請求項1の発明を具体化したものであり、
特に、微細化・集積化した半導体集積回路装置の形成に
当たって、被加工基体である半導体基板上に高感度レジ
ストである化学増幅型レジストによりレジスト膜を形成
してパターニングを行う場合に、この発明を適用した例
である。
【0021】本実施例においては、化学増幅型レジスト
を塗布後、水溶性高分子材料を水系の溶媒で回転塗布す
ることによって、膜形成を行った。
【0022】前記したように水溶性高分子材料としては
各種のものを使用できるが、ここではPVAを用いた。
分子が揃いやすく、通気性が小さい点で、この発明の実
施にPVAは好適だからである。更に具体的には、PV
Aとして、長瀬産業(株)の商品名バリアコートBC5
を用いた。本実施例では露光光としてKrFエキシマレ
ーザー光(波長248nm )を用いるので、このPVAがこ
の波長に対して好ましいからである。
【0023】実施条件は、KrFエキシマステッパ(N
A:0.37)を用い、レジストとして化学増幅型のSAL
601 ER7(シップレー社)を用いて0.7 μm厚のレジ
スト膜を形成し、この上に上記PVAで水溶性高分子膜
を形成してレジスト膜をコートし、上記ステッパで露光
するようにした。
【0024】露光前のプリベークは90℃で90秒行い、露
光後のベーク(PEB)は、110 ℃で90秒行うようにし
た。現像は、使用したレジストの専用現像液であるMF
622 を用い、10分間で行った。
【0025】上記の条件で、次に記す4回の実験を行っ
た。即ち、第1回、第2回の実験(比較実験)はいずれ
も水溶性高分子膜であるPVA膜を形成せず、かつ、第
1回の実験は露光までの放置時間を10分、第2回は同じ
く80分として、0.4μmのラインアンドスペースパター
ンを形成し、形成されたパターン幅を調べた。第3回、
第4回の実験は、この発明を具体化したものであり、い
ずれも水溶性高分子膜としてPVA膜を形成し(膜厚は
KrFエキシマレーザー光に対するこのPVA材料の屈
折率を考慮して、最適反射防止条件となるように設定し
た)、かつ、第3回の実験は露光までの放置時間を10
分、第4回は同じく80分として、0.4μmのラインアン
ドスペースパターンを形成し、形成されたパターン幅を
調べた。露光量( Dose)は、いずれも60mJ/cm とした。
この結果を次の表に示す。以下余白
【表1】
【0026】表1の結果からも理解できるように、水溶
性高分子膜を形成した本発明の方法を具体化した実験N
o.3,4では、放置時間を10分にした場合と80分にし
た場合いずれもパターン幅にほとんど変化はなく、よっ
て放置時間によるパターン変動が抑制されていることが
わかる。これに対し、比較の実験No.1,2では、放置
時間の変動により、パターン幅の変化が大きかった。な
お本実施例では、反射防止効果も有効に得ることができ
た。
【0027】実施例2 本実施例は、請求項2の発明を具体化したものであり、
実施例1と同様、特に微細化・集積化した半導体集積回
路装置の形成に当たって、被加工基体である半導体基板
上に高感度レジストである化学増幅型レジストによりレ
ジスト膜を形成してパターニングを行う場合に、この発
明を適用した例である。
【0028】具体的には、以下の条件で実施した。即
ち、被処理半導体基板として、200 ℃で1分間脱水ベー
ク後ヘキサメチルジシラザン蒸気で1分間疎水化処理を
施した5インチシリコンウェハに、SAL601ER7
(シップレー社の化学増幅型レジスト)を回転塗布し、9
0℃で90秒ベークして、0.7μm膜厚のレジスト膜に形
成した。これを次に記す表2に記載の各種条件下(実験
No.(1)〜(10))で保存後、露光をして、0.45μmコンタ
クトホールを形成した。各実験で得られたコンタクトホ
ールの寸法を、同一ドーズ量ではかった。なお現像条件
は、現像液MF−622で10分間現像とした。またドー
ズ量は、70mJ/cm2で、露光後ベーク(PEB)は、 110
℃で60秒行った。結果を次の表2に示す。以下余白
【表2】
【0029】表2から理解されるように、本発明を適用
して相対湿度40%以下の雰囲気に置いておけば、1日
(24時間)保管しても、パターン寸法変動に問題がない
ことがわかる。
【0030】なお、別途、この実施例と全く同じ条件
で、レジストとしてXP−8843(シップレー社)を
用いて同様に実施したところ、同様な効果が得られた。
【0031】
【発明の効果】上述のごとく本出願の各発明によれば、
状況によって感度が変化するなどの性能変化により加工
結果に変動が起こり、たとえばパターン寸法に変動が生
じてしまうという問題を解決でき、加工変動の小さいパ
ターン形成が可能となる。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 平4−204848(JP,A) 特開 平3−156914(JP,A) 特開 平2−248953(JP,A) 特開 平2−50164(JP,A) 特開 平1−159642(JP,A) 特開 平2−53062(JP,A)

Claims (1)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 被加工基体上に解像性能0.5μm以下
    のレジスト膜を形成して、被加工基体上に最小加工寸法
    が0.5μm以下であるパターンの形成を行うパターン
    形成方法において、上記レジスト膜は、光により酸を発生する光酸発生剤を
    含み、ネガ型レジストにあっては発生した酸が架橋反応
    を起こさせてその部分の現像剤に対する溶解性を低下さ
    せるように作用し、ポジ型レジストにあっては発生した
    酸が樹脂の保護基を外して溶解性を高めるように作用す
    るレジストである化学増幅型レジストにより形成し、 かつ該 レジスト膜上に、ポリビニルアルコール類、ポリ
    ビニルピロリドン類、多糖類、ポリビニルアセタール類
    の中から任意に選んだ1種または2種以上の材料からな
    る水溶性高分子膜を形成して該レジストと空気との接触
    を絶つことにより、該レジストの解像性能変動を抑制し
    てパターニングを行うとともに、 上記レジスト膜のパターニングはエキシマレーザーを用
    いることを特徴とするパターン形成方法。
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