JP2001100425A - パターン形成方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 レジストの性能変化を防止してパターン寸法
等の変動を防止し、高感度レジストによるパターン形成
を有効に行えるパターン形成方法を提供する。 【解決手段】 被加工基体上にレジスト膜を形成してパ
ターニングを行うパターン形成方法において、レジス
ト膜上に水溶性高分子膜を形成してパターニングを行う
とともに、反射防止条件の膜厚で上記水溶性高分子膜を
形成する。レジスト膜を形成後、露光する前までの保
存時に、被加工基体を相対湿度４０％以下の雰囲気にお
いておく。

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、レジスト膜を被加工基体上に形成してパ
ターニングを行うパターン形成方法に関するものであ
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、たとえば、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対して適用することが
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。たと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、たとえば、０．５μｍ以下の０．３５μｍのレベル
になるに至っている。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
ばならなくなっている。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、さらに短波長化したＫ
ｒＦ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られるレジスト
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、たと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、該反応生成物が
架橋反応その他の反応を起こさせる構成になっている。
たとえば代表的には、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、たとえばＫｒＦエキシマレーザーリ
ソグラフィー技術は、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、たと
えばｇ線やｉ線リソグラフィー技術においては、ＡＲＣ
ＯＲ法というレジストの表面に反射防止膜をコーティン
グする方法がしられている。（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）、１
９８５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２
ｐ−９−５（３１６頁）、１９８５年秋）。エキシマレ
ーザーリソグラフィー技術についても、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。すなわち従来技術にあっては、反射防
止手段を講じようとしても必ずしも適切な手段がなく、
これがパターン寸法の変動をもたらすという問題もあっ
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、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
て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、被加工基体上にレジスト膜を形成してパターニング
を行うパターン形成方法において、レジスト膜上に水溶
性高分子膜を形成してパターニングを行うとともに、反
射防止条件の膜厚で上記水溶性高分子膜を形成すること
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。

【００１０】本出願の請求項２の発明は、被加工基体上
にレジスト膜を形成してパターニングを行うパターン形
成方法において、レジスト膜を形成後、露光する前まで
の保存時に、被加工基体を相対湿度４０％以下の雰囲気
においておく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、たと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】請求項１の発明において、レジスト膜上に
形成する水溶性高分子膜の材料としては、各種の水溶性
高分子材料を用いることができる。レジスト膜を形成し
た被加工基体上に回転塗布することにより膜形成可能な
高分子材料であることが、製作工程上好ましい。好まし
い水溶性高分子としては、代表的には、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、スチレンスルホン酸系化合物（例えばポ
リスチレンスルホン酸アンモニウム等のポリスチレンス
ルホン酸塩類）の中から任意に選んだ１種または２種以
上を挙げることができる。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】請求項１の発明において、水溶性高分子膜
の膜厚は、使用する露光光の波長（たとえば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。

【００１４】

【作用】請求項１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。この発明の作用
は必ずしも明らかではない。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、かかる着眼点
に立って種々検討の結果、この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。

【００１５】かつ、請求項１の発明においては、水溶性
高分子膜の膜厚を、使用する露光波長におけるその材料
の屈折率で決まる反射防止条件に設定するように構成す
るので、ＡＲＣＯＲ法において必要な上層の剥離といっ
た手間を要することなく、容易に反射防止を達成するこ
とが可能となる。これによりパターン寸法等の変動をさ
らに有効に防止できる。

【００１６】このように請求項１の発明は、水溶性高分
子膜を形成するとともに、その膜厚を、使用する露光波
長におけるその材料の屈折率で決まる反射防止条件に設
定するように構成したので、感度等解像性能の変動を防
止できるとともに、最終的に形成されるパターンの幅等
の変動のない、良好なパターン形成を実現できるという
作用効果を有する。

【００１７】このように請求項１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、更に安定した寸法変動等
のないパターン形成を可能ならしめ得るものである。

【００１８】請求項２の発明によれば、レジスト膜を形
成した被加工基体を相対湿度40％以下の雰囲気において
おくことによって、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。この発明によれば、レジスト塗
布後の被加工基体を低湿度の雰囲気下に保持すること
で、感度等の変化が抑制される作用が呈されるものと考
えられる。よってこの発明により、感度等の変化が防が
れて、パターン変動を防止した、安定なパターン形成を
行うことが可能ならしめられる。

【００１９】

【発明の実施の形態】以下本出願の各発明の実施例につ
いて、説明する。ただし当然のことではあるが、本発明
は以下に述べる実施例により限定されるものではない。

【００２０】図１を参照する。本実施例では、半導体基
板としてシリコン基板を用い、これが半導体領域１を構
成する。本例では該半導体領域１上に、ＬＯＣＯＳ（素
子間分離用酸化領域）５を形成するとともに、チャンネ
ルストップイオン注入により、チャンネルストップ領域
６を形成して、図１（ａ）の構造を得る。

【００２１】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。

【００２２】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。

【００２３】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。さらに具体的には、Ｐ
ＶＡとして、長瀬産業（株）の商品名バリアコートＢＣ
５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ＰＶ
Ａがこの波長に対して好ましいからである。

【００２４】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Ｓ
ＡＬ６０１ＥＲ７（シップレー社）を用いて０．７μｍ
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。

【００２５】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ＭＦ６２２を用い、１０分間で行った。

【００２６】上記の条件で、次に記す４回の実験を行っ
た。すなわち、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Ｐ
ＶＡ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、０．４
μｍ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１に示
す。

【００２７】

【表１】

【００２８】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
ことわかる。これに対し、比較のた実験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。本実施例では、水溶性高分子膜を形成するととも
に、膜厚を最適反射防止条件となるように設定したの
で、優れた効果を得ることができた。

【００２９】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。

【００３０】具体的には、以下の条件で実施した。すな
わち、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、ＳＡＬ６０１
ＥＲ７（シップレー社の化学増幅型レジスト）を回転塗
布し、９０℃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（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
で測った。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／ｃｍ
² 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。

【００３１】

【表２】

【００３２】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。

【００３３】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、同様な結果が得られた。

【００３４】

【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。

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 被加工基体上にレジスト膜を形成してパ
   ターニングを行うパターン形成方法において、 レジスト膜上に水溶性高分子膜を形成してパターニング
   を行うとともに、 反射防止条件の膜厚で上記水溶性高分子膜を形成するこ
   とを特徴とするパターン形成方法。
2. 【請求項２】 被加工基体上にレジスト膜を形成してパ
   ターニングを行うパターン形成方法において、 レジスト膜を形成後、露光する前までの保存時に、被加
   工基体を相対湿度４０％以下の雰囲気においておくこと
   を特徴とするパターン形成方法。