JP2000122293A - パターン形成材料およびこれを用いたパターン形成方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 Ｘ線露光において、表面に凹凸の形成される
ことのない良好なポジレジストパターンを形成すること
ができ、高い解像性とスループットとの双方を達成する
ことのできるパターン形成材料およびこれを用いたパタ
ーン形成方法を提供する。 【解決手段】 シリコン基板１上に所望の膜２、レジス
ト３を順次形成し、マスク５を用いてレジスト３にＸ線
４による露光を行い、現像する。このとき、レジスト３
は未露光時の溶解速度が０．２ｎｍ／ｓｅｃ．以上、２
０ｎｍ／ｓｅｃ．以下のものを用いる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】この発明はパターン形成材料
およびパターン形成方法に関し、特にＸ線露光における
レジスト材料およびこれを用いたパターン形成方法に関
するものである。

【０００２】

【従来の技術】近年、半導体デバイスの高集積化に伴い
微細加工技術の開発は必須のものである。微細加工技術
の基本となるものが写真製版技術である。写真製版技術
とはマスク上に形成されたデバイスの各工程毎の回路パ
ターンを各種の照射エネルギー源を用いて、ウエハ上に
レジストのパターンとして再現させる技術である。照射
エネルギーとしては紫外線、Ｘ線、電子線、さらにイオ
ンビーム等が用いられ、０．２から０．１μｍレベルの
パターン形成を目指している。

【０００３】このうち、Ｘ線露光によるパターン形成
は、特に高い解像性とスループットとの双方を達成でき
るパターン形成方法として検討が行われているものであ
る。Ｘ線露光に使用されるパターン形成材料であるレジ
ストは高解像度および高感度を達成できるものとして化
学増幅型レジストを用いることが多い。この化学増幅型
レジストとは酸もしくは塩基などの反応性物質を生成す
る酸／塩基発生剤とこの反応性物質により極性変化また
は橋かけする化合物とからなるものである。

【０００４】図４は従来のＸ線露光によるパターン形成
方法を示す断面図である。図４において、１はシリコン
基板、２はシリコン基板１上に形成された所望の膜、３
はレジスト、４はＸ線、５はＸ線マスクである。このと
き、レジスト３は酸発生剤と、アルカリ可溶性樹脂のＯ
Ｈ基に溶解抑制保護基（以下保護基と称す）を結合させ
た樹脂とからなる。

【０００５】図４（ａ）に示すように、シリコン基板１
上に所望の膜２、レジスト３を順次形成し、マスク５を
用いてレジスト３にＸ線４による露光を行う。このと
き、Ｘ線４は光と比べて透過性が高いためにマスク５の
遮光能力が十分でなく、露光したくないマスク５遮光部
分のレジスト３部にも少量のＸ線４が露光されることに
なる。

【０００６】その後、図４（ｂ）に示すように、露光部
において酸発生剤から酸を発生させ、レジスト３中の分
子を分解して保護基を脱離しアルカリ可溶性に変化させ
る。その結果、現像液であるアルカリ水溶液で現像を行
うことにより、ポジレジストパターン３ａを形成する。
このとき、少量のＸ線４しか照射されていないレジスト
３部では、レジスト３中の分子を分解して保護基を脱離
する分解反応が十分に行われないために、レジスト３ａ
のアルカリ可溶性への変化は均一にならず、現像液は可
溶部に選択的に浸透することになる。この結果、可溶化
反応が進行していない部分が剥離し、ポジレジストパタ
ーン３ａの表面に凹凸６を形成することになる。この剥
離部分の大きさは２０〜３０ｎｍ程度であるので、凹凸
６も２０〜３０ｎｍ程度となる。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】従来のＸ線露光による
パターン形成方法は以上のようであり、図４（ｂ）に示
すように化学増幅型レジストのポジレジストパターン３
ａの表面に凹凸６が形成されるので、エッチングパター
ン寸法にバラツキが生じ、高い解像性が得られないとい
う問題点があった。

【０００８】これを解決するものとして、コントラスト
の高い化学増幅型レジストを用いたＸ線露光が行われて
いる。レジストのコントラストとは露光量に対するレジ
スト残膜率であり、コントラストが高いものほど残膜率
が大きくなり、レジストパターンの形成が良好に行える
のであるが、レジストのコントラストを高くして残膜率
が大きくなるということは現像液に溶け難くなるという
ことであり、レジストの感度が低下し、高いスループッ
トが得られないという問題点があった。

【０００９】この発明は上記のような問題点を解消する
ためになされたもので、Ｘ線露光において、表面に凹凸
の形成されることのない良好なポジレジストパターンを
形成することができ、高い解像性とスループットとの双
方を達成することのできるパターン形成材料およびこれ
を用いたパターン形成方法を提供することを目的として
いる。

【００１０】

【課題を解決するための手段】この発明の請求項１に係
るパターン形成材料は、ポジ型の化学増幅型レジストの
パターン表面が所定の平滑度になるように、未露光時の
上記ポジ型の化学増幅型レジストの現像液に対する溶解
速度を所定値以上とするようにしたものである。

【００１１】この発明の請求項２に係るパターン形成材
料は、保護基の含有率を所定値以下に減少させることに
より、未露光時のポジ型の化学増幅型レジストの現像液
に対する溶解速度を所定値以上とするようにしたもので
ある。

【００１２】この発明の請求項３に係るパターン形成材
料は、未露光時のポジ型の化学増幅型レジストの現像液
に対する溶解速度が、０．２ｎｍ／ｓｅｃ．以上である
ようにしたものである。

【００１３】この発明の請求項３に係るパターン形成材
料は、未露光時のポジ型の化学増幅型レジストの現像液
に対する溶解速度が、２０ｎｍ／ｓｅｃ．以下であるよ
うにしたものである。

【００１４】この発明の請求項５に係るパターン形成方
法は、ポジ型の化学増幅型レジストに、請求項１ないし
４のいずれかに記載のパターン形成材料を使用するよう
にしたものである。

【００１５】

【発明の実施の形態】実施の形態１．図１はこの発明の
Ｘ線露光によるパターン形成方法を示す断面図である。
図１において、１はシリコン基板、２はシリコン基板１
上に形成された所望の膜、３はレジスト、４はＸ線、５
はＸ線マスクである。このとき、レジスト３は酸発生剤
と、アルカリ可溶性樹脂のＯＨ基に保護基を結合させた
樹脂、保護基率を所定値以下に減少させた例えば、ポリ
ヒドロキシスチレン樹脂とからなる。

【００１６】図１（ａ）に示すように、シリコン基板１
上に所望の膜２、レジスト３を順次形成し、マスク５を
用いてレジスト３にＸ線４による露光を行う。このと
き、Ｘ線４の照射量は約９０ｍＪ／ｃｍ2 であり、マス
ク５はマスクコントラストが４のものを使用しているの
で、マスク５の遮光部分のＸ線４透過率はおよそ１／４
となり、マスク５遮光部分のレジスト３部にはおよそ２
３ｍＪ／ｃｍ2 のＸ線４が照射されることになる。

【００１７】図１（ｂ）に示すように、例えば、現像液
として規定度０．２６Ｎの２．３８ｗｔ％テトラメチル
アンモニウムヒドロオキシド水溶液を用いて現像を行い
０．１５μｍのラインアンドスペースのポジレジストパ
ターン３ｂを形成する。原子間力顕微鏡を用いてポジレ
ジストパターン３ｂの表面の凹凸量（ＲＭＳ値）を測定
すると、５ｎｍ以下であった。

【００１８】レジスト３において保護基率を減少させる
ということは現像液に対して溶解性を高くするというこ
とである。この様に保護基率を減少させることによって
レジスト３の未露光時の溶解性を高くすることができ、
現像時においてＸ線４の照射量が少ない部分でもレジス
ト３膜の溶解を均一に進めることができ、ポジレジスト
パターン３ｂの表面の凹凸を抑制することができる。

【００１９】図２はレジストの溶解速度とレジスト表面
の凹凸量（ＲＭＳ値）との関係を示した図である。溶解
速度はＸ線未露光時であり、凹凸量は約２３ｍＪ／ｃｍ
2 のＸ線を照射した場合である。レジストはポリヒドロ
キシスチレン樹脂であり、保護基率を変化させて測定を
行った。図２からわかるように、溶解速度が０．２ｎｍ
／ｓｅｃ．以上のレジストを用いてパターン形成を行え
ばレジスト表面の凹凸を抑制することができる。

【００２０】ところが、未露光時のレジスト３の溶解性
を高くしてゆくと、ポジレジストパターン３ｂを形成す
る際に、残すべきレジスト部分まで溶解することにな
る。したがって、解像力を低下させてしまい、良好なポ
ジレジストパターン３ｂを形成することができなくな
る。

【００２１】図３はレジストの溶解速度を変化させた時
のレジストパターン形状を示す断面図である。図３にお
いて、７はパターン幅であり、０．１５μｍである。さ
らに、ａは未露光時のレジストの溶解速度が５ｎｍ／ｓ
ｅｃ．，ｂは１０ｎｍ／ｓｅｃ．，ｃは２０ｎｍ／ｓｅ
ｃ．のときのパターン形状を示す。図から判るように、
未露光時のレジストの溶解速度を２０ｎｍ／ｓｅｃ．よ
りも大きくすると、パターン形状を維持することが困難
となる。

【００２２】したがって、未露光時のレジスト３の溶解
速度が０．２ｎｍ／ｓｅｃ．以上、２０ｎｍ／ｓｅｃ．
以下であればポジレジストパターン３ｂの上面の凹凸の
形成を抑制することができ、パターン形状も良好に形成
することができ、高い解像性とスループットとの双方を
達成することができる。

【００２３】

【発明の効果】以上のようにこの発明によれば、ポジ型
の化学増幅型レジストのパターン表面が所定の平滑度に
なるように、未露光時の上記ポジ型の化学増幅型レジス
トの現像液に対する溶解速度を所定値以上とするように
したので、現像時においてＸ線の照射量が少ない部分で
もレジスト膜の溶解を均一に進めることができ、ポジレ
ジストパターンの表面の凹凸を抑制することができる。

【００２４】また、保護基の含有率を所定値以下に減少
させることにより、未露光時のポジ型の化学増幅型レジ
ストの現像液に対する溶解速度を所定値以上とするよう
にしたので、化学増幅型レジストの未露光時の溶解性を
高くすることができる。

【００２５】また、未露光時のポジ型の化学増幅型レジ
ストの現像液に対する溶解速度が、０．２ｎｍ／ｓｅ
ｃ．以上であるようにしたので、パターン上面の凹凸を
抑制することができ、高い解像性とスループットとの双
方を達成することができる。

【００２６】また、未露光時のポジ型の化学増幅型レジ
ストの現像液に対する溶解速度が、２０ｎｍ／ｓｅｃ．
以下であるようにしたので、解像力を低下させることな
く、良好なパターンを形成することができる。

【００２７】また、Ｘ線露光において使用するポジ型の
化学増幅型レジストに、請求項１ないし４のいずれかに
記載のパターン形成材料を使用するようにしたので、良
好なポジレジストパターンを形成することができ、高い
解像性とスループットとの双方を達成することができ
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】 この発明のＸ線露光によるパターン形成方法
を示す断面図である。

【図２】 レジストの溶解速度とレジスト表面の凹凸量
との関係を示した図である。

【図３】 レジストの溶解速度を変化させた時のレジス
トパターン形状を示す断面図である。

【図４】 従来のＸ線露光によるパターン形成方法を示
す断面図である。

【符号の説明】

１ シリコン基板、３ レジスト、３ｂ ポジレジスト
パターン、４ Ｘ線、５ マスク。

フロントページの続き (72)発明者 押田 敦史 東京都千代田区丸の内二丁目２番３号 三 菱電機株式会社内 Ｆターム(参考） 2H025 AA02 AA03 AB16 AC05 AD03 BE00 BG00 BJ01 CB41 FA15

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 酸発生剤と、保護基を結合させた樹脂と
   からなるポジ型の化学増幅型レジストを用いたパターン
   形成材料において、 上記ポジ型の化学増幅型レジストのパターン表面が所定
   の平滑度になるように、未露光時の上記ポジ型の化学増
   幅型レジストの現像液に対する溶解速度を所定値以上と
   するようにしたことを特徴とするパターン形成材料。
2. 【請求項２】 保護基の含有率を所定値以下に減少させ
   ることにより、未露光時のポジ型の化学増幅型レジスト
   の現像液に対する溶解速度を所定値以上とするようにし
   たことを特徴とする請求項１に記載のパターン形成材
   料。
3. 【請求項３】 未露光時のポジ型の化学増幅型レジスト
   の現像液に対する溶解速度が、０．２ｎｍ／ｓｅｃ．以
   上であるようにしたことを特徴とする請求項１または２
   に記載のパターン形成材料。
4. 【請求項４】 未露光時のポジ型の化学増幅型レジスト
   の現像液に対する溶解速度が、２０ｎｍ／ｓｅｃ．以下
   であるようにしたことを特徴とする請求項３に記載のパ
   ターン形成材料。
5. 【請求項５】 半導体基板上にポジ型の化学増幅型レジ
   ストを形成する工程と、上記ポジ型の化学増幅型レジス
   トにマスクを用いてＸ線露光を行う工程と、上記ポジ型
   の化学増幅型レジストをアルカリ水溶液で現像し、ポジ
   型レジストパターンを形成する工程と、を備えたパター
   ン形成方法において、 上記ポジ型の化学増幅型レジストに、請求項１ないし４
   のいずれかに記載のパターン形成材料を使用するように
   したことを特徴とするパターン形成方法。