JP2000330288A

JP2000330288A - パターン形成方法

Info

Publication number: JP2000330288A
Application number: JP2000036173A
Authority: JP
Inventors: Shinji Kishimura; 眞治岸村; Akiko Katsuyama; 亜希子勝山; Masaru Sasako; 勝笹子
Original assignee: Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Current assignee: Panasonic Holdings Corp
Priority date: 1999-03-12
Filing date: 2000-02-15
Publication date: 2000-11-30
Anticipated expiration: 2020-02-15
Also published as: JP3299240B2

Abstract

(57)【要約】（修正有）【課題】露光光として１ｎｍ帯〜１８０ｎｍ帯の波長
を持つ光を用いてレジストパターンを形成する場合に、
良好なパターン形状が得られるようにする。【解決手段】主鎖にスルフォニル基を持つベース樹脂
を有するレジスト材料を半導体基板１０の上に塗布して
レジスト膜１１を形成する。レジスト膜１１に対してマ
スク１２を介して、１５７ｎｍ帯の波長を持つＦ₂エキ
シマレーザ１３を照射してパターン露光を行なった後、
パターン露光されたレジスト膜１１を現像液により現像
してレジストパターン１４を形成する

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、パターン形成方法
に関し、特に、半導体基板上に半導体素子又は半導体集
積回路を形成するためのレジストパターンを、１ｎｍ帯
〜１８０ｎｍ帯の波長を持つ露光光を用いて形成する方
法に関する。

【０００２】

【従来の技術】現在、６４メガビットのダイナミックラ
ンダムアクセスメモリ（ＤＲＡＭ）、又は０．２５μｍ
〜０．１８μｍのルールを持つロジックデバイス若しく
はシステムＬＳＩ等に代表される大容量の半導体集積回
路を形成するために、ポリヒドロキシスチレン誘導体を
主成分とするレジスト材料を用いると共に、ＫｒＦエキ
シマレーザ（波長：２４８ｎｍ帯）を露光光として用い
て、レジストパターンを形成している。

【０００３】また、０．１５μｍ〜０．１３μｍのルー
ルを持つ、２５６メガビットのＤＲＡＭ、１ギガビット
のＤＲＡＭ又はシステムＬＳＩ等を製造するために、露
光光として、ＫｒＦエキシマレーザよりも短波長である
ＡｒＦエキシマレーザ（波長：１９３ｎｍ帯）を使うパ
ターン形成方法の開発が進められている。

【０００４】ところで、ポリヒドロキシスチレン誘導体
を主成分とするレジスト材料は、含有する芳香環の波長
１９３ｎｍ帯の光に対する吸収性が高いため、波長１９
３ｎｍ帯の露光光がレジスト膜の底部にまで均一に到達
できないので、良好なパターン形状が得られない。この
ため、ポリヒドロキシスチレン誘導体を主成分とするレ
ジスト材料は、ＡｒＦエキシマレーザ用には用いること
ができない。

【０００５】そこで、露光光としてＡｒＦエキシマレー
ザを用いる場合には、芳香環を有しないポリアクリル酸
誘導体を主成分とするレジスト材料が用いられる。

【０００６】一方、高解像度化に対応できるパターン形
成方法の露光光としては、Ｘ線及びエレクトロンビーム
（ＥＢ）等が検討されている。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】ところが、露光光とし
てＸ線を用いる場合には、露光装置及びマスクの製造と
いう点において多くの問題が存在する。また、露光光と
してＥＢを用いる場合には、スループットの面で問題が
あるので、多量生産に適しないという問題が存在する。
従って、露光光としては、Ｘ線及びＥＢは好ましくな
い。

【０００８】以上の理由により、０．１３μｍよりも微
細なレジストパターンを形成するためには、露光光とし
て、ＡｒＦエキシマレーザよりも波長が短い、Ｘｅ₂レ
ーザ光（波長：１７２ｎｍ帯）、Ｆ₂レーザ光（波長：
１５７ｎｍ帯）、Ｋｒ₂レーザ光（波長：１４６ｎｍ
帯）、ＡｒＫｒレーザ光（波長：１３４ｎｍ帯）、Ａｒ
₂レーザ光（波長：１２６ｎｍ帯）又は軟Ｘ線（波長：
１３ｎｍ帯、１１ｎｍ帯又は５ｎｍ帯）等を用いること
が必要になる。

【０００９】そこで、本件発明者らは、従来から知られ
ているレジスト材料からなるレジスト膜に対して、Ｆ₂
レーザ光（波長：１５７ｎｍ帯）を用いてパターン露光
を行なって、レジストパターンを形成してみた。

【００１０】ところが、矩形状の断面形状を持つレジス
トパターンが得られず、不良なパターン形状を持つレジ
ストパターンしか得られなかった。

【００１１】前記に鑑み、本発明は、露光光として１ｎ
ｍ帯〜１８０ｎｍ帯の波長を持つ光を用いてレジストパ
ターンを形成する場合に、良好なパターン形状が得られ
るようにすることを目的とする。

【００１２】

【課題を解決するための手段】本件発明者らは、従来か
ら知られているレジスト材料、具体的には、ポリヒドロ
キシスチレン誘導体又はポリアクリル酸誘導体を主成分
とするレジスト材料を用いた場合に、レジストパターン
のパターン形状が不良になる原因について検討を加えた
結果、ポリヒドロキシスチレン誘導体又はポリアクリル
酸誘導体等に含まれるカルボニル基が１ｎｍ帯〜１８０
ｎｍ帯の波長を持つ光に対して高い吸収性を有している
ため、１ｎｍ帯〜１８０ｎｍ帯の波長を持つ露光光がレ
ジスト膜の底部まで十分に到達できないので、レジスト
パターンのパターン形状が不良になることを見出した。

【００１３】［化３］は、ＫｒＦエキシマレーザ用のポ
ジ型レジスト材料として用いられるポリヒドロキシスチ
レン誘導体の構造式の一例を示しており、［化４］は、
ＡｒＦエキシマレーザ用のポジ型レジスト材料として用
いられるポリアクリル酸誘導体の構造式の一例を示して
いる。

【００１４】

【化３】

【００１５】

【化４】

【００１６】また、本件発明者らは、レジスト膜の１ｎ
ｍ帯〜１８０ｎｍ帯の波長を持つ光に対する吸収性を低
減するための方策について種々の検討を加えた結果、レ
ジスト材料にスルフォニル基（−ＳＯ₂−）を含ませる
と、レジスト膜の１ｎｍ帯〜１８０ｎｍ帯の波長を持つ
光に対する吸収性が低くなることを見出した。

【００１７】これは、スルフォニル基が、ポリヒドロキ
シスチレン誘導体又はポリアクリル酸誘導体に含まれる
カルボニル基に比べて、１ｎｍ帯〜１８０ｎｍ帯の波長
を持つ光に対して低い吸収性を有していることによるも
のである。

【００１８】図１は、ポリ（ビニルスルフォニルフルオ
ライド）からなり、０．１μｍの膜厚を有する樹脂膜に
３００ｎｍ以下の波長を持つ光を照射したときにおけ
る、光の波長と光の透過率との関係を示している。図１
から分かるように、ポリ（ビニルスルフォニルフルオラ
イド）からなる樹脂膜は、１５７ｎｍ帯の波長を持つ光
に対して６０％程度の透過率を有することが確認でき
た。

【００１９】本発明は、前記の知見に基づいてなされた
ものであって、具体的には、本発明に係る第１のパター
ン形成方法は、主鎖にスルフォニル基を持つベース樹脂
を有するレジスト材料を基板上に塗布してレジスト膜を
形成する工程と、レジスト膜に、１ｎｍ帯〜１８０ｎｍ
帯の波長を持つ光を照射してパターン露光を行なう工程
と、パターン露光されたレジスト膜を現像液により現像
してレジストパターンを形成する工程とを備えている。

【００２０】第１のパターン形成方法によると、レジス
ト材料のベース樹脂が、主鎖にスルフォニル基を持つた
め、レジスト膜の１ｎｍ帯〜１８０ｎｍ帯の波長を持つ
光に対する吸収性が低くなるので、１ｎｍ帯〜１８０ｎ
ｍ帯の波長を持つ露光光のレジスト膜に対する透過率が
高くなる。このため、１ｎｍ帯〜１８０ｎｍ帯の露光光
がレジスト膜の底部まで十分に到達できるので、良好な
パターン形状を有するレジストパターンを形成すること
ができる。

【００２１】第１のパターン形成方法において、ベース
樹脂は、下記一般式（１）〜（５）のいずれか１つに示
される樹脂であることが好ましい。

【００２２】

【化５】（但し、Ｒは、水素原子、水酸基、アルキル基、カルボ
キシル基、カルボン酸エステル、アセタール、環状脂肪
族を有する基、芳香環を有する基、又はヘテロ環を有す
る基であり、Ｒ₁及びＲ₂は、同種又は異種であって、水
素原子又はアルキル基である。）

【００２３】このようにすると、ベース樹脂が芳香環又
は環状脂肪族を含んでいるので、ドライエッチングに対
する耐性を向上させることができる。

【００２４】第１のパターン形成方法において、パター
ン露光を行なう工程とレジストパターンを形成する工程
との間に、レジスト膜に対して熱処理を行なう工程をさ
らに備えていることが好ましい。

【００２５】このようにすると、露光光により分解され
たベース樹脂から生じたスルフォン酸の触媒反応によ
り、レジスト膜の露光部におけるベース樹脂の分解が促
進される。

【００２６】この場合、ベース樹脂は、酸の存在下で現
像液に対する溶解性が変化する樹脂であり、レジスト材
料は、光が照射されると酸を発生する酸発生剤をさらに
有していることが好ましい。

【００２７】このようにすると、露光光により分解され
たベース樹脂から生じたスルフォン酸及び酸発生剤から
発生した酸が加熱されるため、酸の触媒反応が促進され
るので、レジスト膜の露光部におけるベース樹脂の分解
が一層促進される。

【００２８】本発明に係る第２のパターン形成方法は、
アルカリ可溶性のベース樹脂と、主鎖にスルフォニル基
を持つ樹脂からなり、光が照射されると分解する溶解阻
害剤とを有するレジスト材料を基板上に塗布してレジス
ト膜を形成する工程と、レジスト膜に、１ｎｍ帯〜１８
０ｎｍ帯の波長を持つ露光光を照射してパターン露光を
行なう工程と、パターン露光されたレジスト膜を現像液
により現像してレジストパターンを形成する工程とを備
えている。

【００２９】第２のパターン形成方法によると、レジス
ト材料が、主鎖にスルフォニル基を持つ樹脂からなる溶
解阻害剤を有するため、レジスト膜の１ｎｍ帯〜１８０
ｎｍ帯の光に対する吸収性が低くなるので、１ｎｍ帯〜
１８０ｎｍ帯の露光光のレジスト膜に対する透過率が高
くなる。このため、１ｎｍ帯〜１８０ｎｍ帯の露光光が
レジスト膜の底部まで十分に到達できるので、良好なパ
ターン形状を有するレジストパターンを形成することが
できる。

【００３０】第２のパターン形成方法において、ベース
樹脂は、アクリル系樹脂、スチレン系樹脂、ノボラック
樹脂又はポリオレフィン系樹脂であることが好ましい。

【００３１】このようにすると、溶解阻害剤の作用によ
りレジスト膜を確実にアルカリ難溶性にすることができ
る。

【００３２】第２のパターン形成方法において、溶解阻
害剤は、下記一般式（１）〜（５）のいずれか１つに示
される樹脂であることが好ましい。

【００３３】

【化６】（但し、Ｒは、水素原子、水酸基、アルキル基、カルボ
キシル基、カルボン酸エステル、アセタール、環状脂肪
族を有する基、芳香環を有する基、又はヘテロ環を有す
る基であり、Ｒ₁及びＲ₂は、同種又は異種であって、水
素原子又はアルキル基である。）

【００３４】このようにすると、溶解阻害剤が芳香環又
は環状脂肪族を含んでいるので、ドライエッチングに対
する耐性を向上させることができる。

【００３５】第２のパターン形成方法は、パターン露光
を行なう工程とレジストパターンを形成する工程との間
に、レジスト膜に対して熱処理を行なう工程をさらに備
えていることが好ましい。

【００３６】このようにすると、露光光により分解され
た溶解阻害剤から生じたスルフォン酸の触媒反応によ
り、レジスト膜の露光部における溶解阻害剤の分解が促
進される。

【００３７】第２のパターン形成方法が熱処理工程を備
えている場合には、溶解阻害剤は、酸の存在下で分解す
る樹脂であり、レジスト材料は、光が照射されると酸を
発生する酸発生剤をさらに有していることが好ましい。

【００３８】このようにすると、露光光により分解され
た溶解阻害剤から生じたスルフォン酸及び酸発生剤から
発生した酸が加熱されるため、酸の触媒反応が促進され
るので、レジスト膜の露光部における溶解阻害剤の分解
が一層促進される。

【００３９】第１又は第２のパターン形成方法におい
て、露光光は、Ｆ₂レーザ光又はＡｒ₂レーザ光であるこ
とが好ましい。

【００４０】

【発明の実施の形態】（第１の実施形態）以下、本発明
の第１の実施形態に係るパターン形成方法について、図
２（ａ）〜（ｃ）を参照しながら説明する。

【００４１】第１の実施形態に係るパターン形成方法
は、レジスト材料のベース樹脂として、前記の一般式
（２）に示す樹脂を用いるものである。レジスト材料の
具体的な組成は以下の通りである。

【００４２】ベース樹脂：ポリノボラックスルフォン……［化７］２ｇ溶媒：ジグライム２０ｇ

【化７】

【００４３】まず、図２（ａ）に示すように、前記の組
成を有するレジスト材料を半導体基板１０上にスピンコ
ートして、０．３μｍの膜厚を有するレジスト膜１１を
形成する。このとき、ベース樹脂がアルカリ難溶性であ
るため、レジスト膜１１はアルカリ難溶性である。

【００４４】次に、図２（ｂ）に示すように、レジスト
膜１１に対してマスク１２を介して、Ｆ₂エキシマレー
ザ（波長：１５７ｎｍ帯）１３を照射してパターン露光
を行なう。このようにすると、レジスト膜１１の露光部
１１ａにおけるベース樹脂が露光光により分解されてス
ルフォン酸が生成されるため、レジスト膜１１の露光部
１１ａがアルカリ可溶性に変化する一方、レジスト膜１
１の未露光部１１ｂはアルカリ難溶性のままである。

【００４５】次に、レジスト膜１１に対して、例えばテ
トラメチルアンモニウムハイドロオキサイド水溶液等の
アルカリ性の現像液を用いて現像処理を行なう。これに
より、レジスト膜１１の露光部１１ａが現像液に溶解す
るので、図２（ｃ）に示すように、レジスト膜１１の未
露光部１１ｂからなるレジストパターン１４が得られ
る。すなわち、第１の実施形態は、ポジ型のレジストパ
ターンが形成される場合である。

【００４６】第１の実施形態によると、レジスト材料
が、主鎖にスルフォニル基を持つベース樹脂を有するた
め、レジスト膜１１の１ｎｍ帯〜１８０ｎｍ帯の波長を
持つ光に対する吸収性が低くなるので、１ｎｍ帯〜１８
０ｎｍ帯の波長を持つ露光光のレジスト膜１１に対する
透過率が高くなる。このため、露光光がレジスト膜１１
の底部まで十分に到達できるので、０．０８μｍの微細
なパターン幅を有し、良好なパターン形状を有するレジ
ストパターン１４を形成することができた。

【００４７】図３は、第１の実施形態を評価するために
行なった実験結果を示しており、０．１μｍの膜厚を有
する樹脂膜に３００ｎｍ以下の波長を持つ光を照射した
ときにおける光の波長と光の透過率との関係を示してい
る。尚、図３において、第１の実施形態は、ポリノボラ
ックスルフォンからなる樹脂膜を示し、第１の比較例は
ポリヒドロキシスチレン誘導体からなる樹脂膜を示し、
第２の比較例はポリアクリル酸誘導体からなる樹脂膜を
示している。図３から分かるように、第１の実施形態に
よると、１５７ｎｍ帯の波長を持つＦ₂レーザに対する
透過率が、第１及び第２の比較例に比べて大きく向上し
ている。

【００４８】また、第１の実施形態によると、ベース樹
脂が芳香環を含んでいるので、ドライエッチングに対す
る耐性を向上させることができる。

【００４９】尚、第１の実施形態においては、レジスト
膜１１に対してパターン露光を行なった後、レジスト膜
１１に対して加熱処理を行なうことなく現像処理を行な
ったが、これに代えて、パターン露光が行なわれたレジ
スト膜１１に対して、ホットプレート等により加熱した
後に現像処理を行なってもよい。このようにすると、露
光光により分解されたベース樹脂から生じるスルフォン
酸が加熱されるため、酸の触媒反応が起こるので、レジ
スト膜１１の露光部１１ａにおけるベース樹脂の分解が
促進される。このため、レジスト膜１１の感度が向上す
る。

【００５０】（第２の実施形態）以下、本発明の第２の
実施形態に係るパターン形成方法について、図４（ａ）
〜（ｄ）を参照しながら説明する。

【００５１】第２の実施形態に係るパターン形成方法
は、レジスト材料のベース樹脂として、前記の一般式
（１）に示す樹脂を用いるものである。レジスト材料の
具体的な組成は以下の通りである。

【００５２】ベース樹脂：［化８］に示す樹脂２ｇ酸発生剤：トリフェニルスルフォニウムトリフレート０．０４ｇ溶媒：ジグライム２０ｇ

【化８】

【００５３】まず、図４（ａ）に示すように、前記の組
成を有するレジスト材料を半導体基板２０上にスピンコ
ートして、０．３μｍの膜厚を有するレジスト膜２１を
形成する。このとき、ベース樹脂がアルカリ難溶性であ
るので、レジスト膜２１はアルカリ難溶性である。

【００５４】次に、図４（ｂ）に示すように、レジスト
膜２１に対してマスク２２を介して、Ｆ₂エキシマレー
ザ（波長：１５７ｎｍ帯）２３を照射してパターン露光
を行なう。このようにすると、レジスト膜２１の露光部
２１ａにおけるベース樹脂が露光光により分解されてス
ルフォン酸が生成されるため、レジスト膜２１の露光部
２１ａがアルカリ可溶性に変化する一方、レジスト膜２
１の未露光部２１ｂはアルカリ難溶性のままである。ま
た、レジスト膜２１の露光部２１ａにおいては酸発生剤
から酸が発生する一方、レジスト膜２１の未露光部２１
ｂにおいては酸が発生しない。

【００５５】次に、図４（ｃ）に示すように、半導体基
板２０ひいてはレジスト膜２１をホットプレート２４上
で加熱する。このようにすると、露光光により分解され
たベース樹脂から生じたスルフォン酸、及び酸発生剤か
ら発生した酸が加熱されるため、酸の触媒反応が起こる
ので、レジスト膜２１の露光部２１ａにおけるベース樹
脂の分解が一層促進される。このため、レジスト膜２１
の感度が一層向上する。

【００５６】次に、レジスト膜２１に対して、例えばテ
トラメチルアンモニウムハイドロオキサイド水溶液等の
アルカリ性の現像液を用いて現像処理を行なう。これに
より、レジスト膜２１の露光部２１ａが現像液に溶解す
るので、図４（ｄ）に示すように、レジスト膜２１の未
露光部２１ｂからなるレジストパターン２５が得られ
る。すなわち、第２の実施形態は、ポジ型のレジストパ
ターンが形成される場合である。

【００５７】第２の実施形態によると、レジスト材料
が、主鎖にスルフォニル基を持つベース樹脂を有するた
め、レジスト膜２１の１ｎｍ帯〜１８０ｎｍ帯の波長を
持つ光に対する吸収性が低くなるので、１ｎｍ帯〜１８
０ｎｍ帯の波長を持つ露光光のレジスト膜２１に対する
透過率が高くなる。このため、露光光がレジスト膜２１
の底部まで十分に到達できるので、０．０８μｍの微細
なパターン幅を有し、良好なパターン形状を有するレジ
ストパターン２５を形成することができた。

【００５８】また、第２の実施形態によると、ベース樹
脂が芳香環を含んでいるので、ドライエッチングに対す
る耐性を向上させることができる。

【００５９】（第３の実施形態）以下、本発明の第３の
実施形態に係るパターン形成方法について、図２（ａ）
〜（ｃ）を参照しながら説明する。

【００６０】第３の実施形態に係るパターン形成方法
は、レジスト材料のベース樹脂として、アルカリ可溶性
のベース樹脂を用いると共に、溶解阻害剤として、前記
の一般式（２）に示す樹脂を用いるものである。レジス
ト材料の具体的な組成は以下の通りである。

【００６１】ベース樹脂：ノボラック樹脂１．５ｇ溶解阻害剤：［化９］に示す化合物１ｇ溶媒：ジグライム２０ｇ

【化９】

【００６２】まず、図２（ａ）に示すように、前記の組
成を有するレジスト材料を半導体基板１０上にスピンコ
ートして、０．３μｍの膜厚を有するレジスト膜１１を
形成する。このとき、ベース樹脂はアルカリ可溶性であ
るが、溶解阻害剤の作用によりレジスト膜１１はアルカ
リ難溶性である。

【００６３】次に、図２（ｂ）に示すように、レジスト
膜１１に対してマスク１２を介して、Ｆ₂エキシマレー
ザ（波長：１５７ｎｍ帯）１３を照射してパターン露光
を行なう。このようにすると、レジスト膜１１の露光部
１１ａにおける溶解阻害剤が露光光により分解されてス
ルフォン酸が生成されるため、レジスト膜１１の露光部
１１ａがアルカリ可溶性に変化する一方、レジスト膜１
１の未露光部１１ｂはアルカリ難溶性のままである。

【００６４】次に、レジスト膜１１に対して、例えばテ
トラメチルアンモニウムハイドロオキサイド水溶液等の
アルカリ性の現像液を用いて現像処理を行なう。これに
より、レジスト膜１１の露光部１１ａが現像液に溶解す
るので、図２（ｃ）に示すように、レジスト膜１１の未
露光部１１ｂからなるレジストパターン１４が得られ
る。すなわち、第３の実施形態は、ポジ型のレジストパ
ターンが形成される場合である。

【００６５】第３の実施形態によると、レジスト材料
が、主鎖にスルフォニル基を持つ樹脂からなる溶解阻害
剤を有するため、レジスト膜１１の１ｎｍ帯〜１８０ｎ
ｍ帯の波長を持つ光に対する吸収性が低くなるので、１
ｎｍ帯〜１８０ｎｍ帯の波長を持つ露光光のレジスト膜
１１に対する透過率が高くなる。このため、露光光がレ
ジスト膜１１の底部まで十分に到達できるので、０．０
８μｍの微細なパターン幅を有し、良好なパターン形状
を有するレジストパターン１４を形成することができ
た。

【００６６】また、第３の実施形態によると、溶解阻害
剤が芳香環を含んでいるので、ドライエッチングに対す
る耐性を向上させることができる。

【００６７】尚、第３の実施形態においては、レジスト
膜１１に対して加熱処理を行なうことなく現像処理を行
なったが、これに代えて、パターン露光が行なわれたレ
ジスト膜１１に対して、ホットプレート等により加熱し
た後に現像処理を行なってもよい。このようにすると、
露光光により分解されたベース樹脂から生じるスルフォ
ン酸が加熱されるため、酸の触媒反応が起こるので、レ
ジスト膜１１の露光部１１ａにおけるベース樹脂の分解
が促進される。このため、レジスト膜１１の感度が向上
する。

【００６８】（第４の実施形態）以下、本発明の第４の
実施形態に係るパターン形成方法について、図４（ａ）
〜（ｄ）を参照しながら説明する。

【００６９】第４の実施形態に係るパターン形成方法
は、レジスト材料のベース樹脂として、アルカリ可溶性
のベース樹脂を用いると共に、溶解阻害剤として、前記
の一般式（１）に示す樹脂を用いるものである。レジス
ト材料の具体的な組成は以下の通りである。

【００７０】ベース樹脂：ポリヒドロキシスチレン１．５ｇ溶解阻害剤：［化１０］に示す樹脂１ｇ酸発生剤：トリフェニルスルフォニウムトリフレート０．０４ｇ溶媒：ジグライム２０ｇ

【化１０】

【００７１】まず、図４（ａ）に示すように、前記の組
成を有するレジスト材料を半導体基板２０上にスピンコ
ートして、０．３μｍの膜厚を有するレジスト膜２１を
形成する。このとき、ベース樹脂はアルカリ可溶性であ
るが、溶解阻害剤の作用によりレジスト膜２１はアルカ
リ難溶性である。

【００７２】次に、図４（ｂ）に示すように、レジスト
膜２１に対してマスク２２を介して、Ｆ₂エキシマレー
ザ（波長：１５７ｎｍ帯）２３を照射してパターン露光
を行なう。このようにすると、レジスト膜２１の露光部
２１ａにおける溶解阻害剤が露光光により分解されてス
ルフォン酸が生成されるため、レジスト膜２１の露光部
２１ａがアルカリ可溶性に変化する一方、レジスト膜２
１の未露光部２１ｂはアルカリ難溶性のままである。ま
た、レジスト膜２１の露光部２１ａにおいては酸発生剤
から酸が発生する一方、レジスト膜２１の未露光部２１
ｂにおいては酸が発生しない。

【００７３】次に、図４（ｃ）に示すように、半導体基
板２０ひいてはレジスト膜２１をホットプレート２４上
で加熱する。このようにすると、露光光により分解され
た溶解阻害剤から生じたスルフォン酸、及び酸発生剤か
ら発生した酸が加熱されるため、酸の触媒反応が起こる
ので、レジスト膜２１の露光部２１ａにおけるベース樹
脂の分解が一層促進される。このため、レジスト膜２１
の感度が一層向上する。

【００７４】次に、レジスト膜２１に対して、例えばテ
トラメチルアンモニウムハイドロオキサイド水溶液等の
アルカリ性の現像液を用いて現像処理を行なう。これに
より、レジスト膜２１の露光部２１ａが現像液に溶解す
るので、図４（ｄ）に示すように、レジスト膜２１の未
露光部２１ｂからなるレジストパターン２５が得られ
る。すなわち、第４の実施形態は、ポジ型のレジストパ
ターンが形成される場合である。

【００７５】第４の実施形態によると、レジスト材料
が、主鎖にスルフォニル基を持つ樹脂からなる溶解阻害
剤を有するため、レジスト膜２１の１ｎｍ帯〜１８０ｎ
ｍ帯の波長を持つ光に対する吸収性が低くなるので、１
ｎｍ帯〜１８０ｎｍ帯の波長を持つ露光光のレジスト膜
２１に対する透過率が高くなる。このため、露光光がレ
ジスト膜２１の底部まで十分に到達できるので、０．０
８μｍの微細なパターン幅を有し、良好なパターン形状
を有するレジストパターン２５を形成することができ
た。

【００７６】また、第４の実施形態によると、溶解阻害
剤が芳香環を含んでいるので、ドライエッチングに対す
る耐性を向上させることができる。

【００７７】尚、第１及び第２の実施形態において、ベ
ース樹脂としては、前記の一般式（１）〜（５）に示す
樹脂のいずれか１つを用いることができるが、これらに
限られるものではない。

【００７８】また、第３及び第４の実施形態において、
溶解阻害剤としては、前記の一般式（１）〜（５）に示
す樹脂のいずれか１つを用いることができるが、これら
に限られるものではない。

【００７９】また、第３及び第４の実施形態において、
アルカリ可溶性のベース樹脂としては、アクリル系樹
脂、スチレン系樹脂、ノボラック樹脂又はポリオレフィ
ン系樹脂を用いることができるが、これらに限られるも
のではない。

【００８０】また、第２及び第４の実施形態において、
酸発生剤としては、スルフォニウム塩若しくはヨードニ
ウム塩等のオニウム塩類、スルフォン酸エステル類、ジ
アゾジスルフォニルメタン類又はケトスルフォン化合物
等を適宜用いることができる。

【００８１】また、第１〜第４の実施形態において、露
光光としては、Ｘｅ₂レーザ光（波長：１７２ｎｍ
帯）、Ｆ₂レーザ光（波長：１５７ｎｍ帯）、Ｋｒ₂レ
ーザ光（波長：１４６ｎｍ帯）、ＡｒＫｒレーザ光（波
長：１３４ｎｍ帯）、Ａｒ₂レーザ光（波長：１２６ｎ
ｍ帯）又は軟Ｘ線（波長：１３ｎｍ帯、１１ｎｍ帯又は
５ｎｍ帯）を用いることができるが、これらに限られる
ものではない。

【００８２】また、第１〜第４の実施形態において、レ
ジスト膜の露光部をアルカリ性の現像液により除去し
て、ポジ型のレジストパターンを形成したが、これに代
えて、レジスト膜の未露光部を有機溶媒からなる現像液
により除去して、ネガ型のレジストパターンを形成して
もよい。

【００８３】

【発明の効果】第１又は第２のパターン形成方法による
と、露光光がレジスト膜の底部まで十分に到達できるの
で、良好なパターン形状を有するレジストパターンを形
成することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明を評価するために行なった実験結果を示
す図である。

【図２】（ａ）〜（ｃ）は、本発明の第１及び第３の実
施形態に係るパターン形成方法の各工程を示す断面図で
ある。

【図３】本発明の第１の実施形態に係るパターン形成方
法を評価するために行なった実験結果を示す図である。

【図４】（ａ）〜（ｄ）は、本発明の第２及び第４の実
施形態に係るパターン形成方法の各工程を示す断面図で
ある。

【符号の説明】

１０半導体基板１１レジスト膜１１ａ露光部１１ｂ未露光部１２マスク１３Ｆ₂エキシマレーザ１４レジストパターン２０半導体基板２１レジスト膜２１ａ露光部２１ｂ未露光部２２マスク２３Ｆ₂エキシマレーザ２４ホットプレート２５レジストパターン

─────────────────────────────────────────────────────

【手続補正書】

【提出日】平成１２年２月２５日（２０００．２．２
５）

【手続補正１】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】００６７

【補正方法】変更

【補正内容】

【００６７】尚、第３の実施形態においては、レジスト
膜１１に対して加熱処理を行なうことなく現像処理を行
なったが、これに代えて、パターン露光が行なわれたレ
ジスト膜１１に対して、ホットプレート等により加熱し
た後に現像処理を行なってもよい。このようにすると、
露光光により分解された溶解阻害剤から生じるスルフォ
ン酸が加熱されるため、酸の触媒反応が起こるので、レ
ジスト膜１１の露光部１１ａにおける溶解阻害剤の分解
が促進される。このため、レジスト膜１１の感度が向上
する。

【手続補正２】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】００７３

【補正方法】変更

【補正内容】

【００７３】次に、図４（ｃ）に示すように、半導体基
板２０ひいてはレジスト膜２１をホットプレート２４上
で加熱する。このようにすると、露光光により分解され
た溶解阻害剤から生じたスルフォン酸、及び酸発生剤か
ら発生した酸が加熱されるため、酸の触媒反応が起こる
ので、レジスト膜２１の露光部２１ａにおける溶解阻害
剤の分解が一層促進される。このため、レジスト膜２１
の感度が一層向上する。

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】主鎖にスルフォニル基を持つベース樹脂
を有するレジスト材料を基板上に塗布してレジスト膜を
形成する工程と、前記レジスト膜に、１ｎｍ帯〜１８０ｎｍ帯の波長を持
つ露光光を照射してパターン露光を行なう工程と、パターン露光された前記レジスト膜を現像液により現像
してレジストパターンを形成する工程とを備えているこ
とを特徴とするパターン形成方法。
【請求項２】前記ベース樹脂は、下記一般式（１）〜
（５）のいずれか１つに示される樹脂であることを特徴
とする請求項１に記載のパターン形成方法。【化１】（但し、Ｒは、水素原子、水酸基、アルキル基、カルボ
キシル基、カルボン酸エステル、アセタール、環状脂肪
族を有する基、芳香環を有する基、又はヘテロ環を有す
る基であり、Ｒ₁及びＲ₂は、同種又は異種であって、水素原子又はア
ルキル基である。）
【請求項３】前記パターン露光を行なう工程と前記レ
ジストパターンを形成する工程との間に、前記レジスト
膜に対して熱処理を行なう工程をさらに備えていること
を特徴とする請求項１に記載のパターン形成方法。
【請求項４】前記ベース樹脂は、酸の存在下で前記現
像液に対する溶解性が変化する樹脂であり、前記レジスト材料は、光が照射されると酸を発生する酸
発生剤をさらに有していることを特徴とする請求項３に
記載のパターン形成方法。
【請求項５】アルカリ可溶性のベース樹脂と、主鎖に
スルフォニル基を持つ樹脂からなり、光が照射されると
分解する溶解阻害剤とを有するレジスト材料を基板上に
塗布してレジスト膜を形成する工程と、前記レジスト膜に、１ｎｍ帯〜１８０ｎｍ帯の波長を持
つ露光光を照射してパターン露光を行なう工程と、パターン露光された前記レジスト膜を現像液により現像
してレジストパターンを形成する工程とを備えているこ
とを特徴とするパターン形成方法。
【請求項６】前記ベース樹脂は、アクリル系樹脂、ス
チレン系樹脂、ノボラック樹脂又はポリオレフィン系樹
脂であることを特徴とする請求項５に記載のパターン形
成方法。
【請求項７】前記溶解阻害剤は、下記一般式（１）〜
（５）のいずれか１つに示される樹脂であることを特徴
とする請求項５に記載のパターン形成方法。【化２】（但し、Ｒは、水素原子、水酸基、アルキル基、カルボ
キシル基、カルボン酸エステル、アセタール、環状脂肪
族を有する基、芳香環を有する基、又はヘテロ環を有す
る基であり、Ｒ₁及びＲ₂は、同種又は異種であって、水素原子又はア
ルキル基である。）
【請求項８】前記パターン露光を行なう工程と前記レ
ジストパターンを形成する工程との間に、前記レジスト
膜に対して熱処理を行なう工程をさらに備えていること
を特徴とする請求項５に記載のパターン形成方法。
【請求項９】前記溶解阻害剤は、酸の存在下で分解す
る樹脂であり、前記レジスト材料は、光が照射されると酸を発生する酸
発生剤をさらに有していることを特徴とする請求項８に
記載のパターン形成方法。
【請求項１０】前記露光光は、Ｆ₂レーザ光又はＡｒ₂
レーザ光であることを特徴とする請求項１〜９のいずれ
か１項に記載のパターン形成方法。