JP2003167357A - 微細レジストパターン形成方法 - Google Patents

微細レジストパターン形成方法

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Abstract

(57)【要約】 【課題】 サーマルフロープロセスに適合した単位温度
当りのレジストパターンサイズの変化量が小さく、得ら
れるレジストホールパターンサイズの面内均一性が高
く、かつ断面形状の優れたレジストパターンを形成させ
る。 【解決手段】 基板上に設けたポジ型レジスト膜に、選
択的露光処理及び現像処理を順次施して形成させて得た
レジストパターンにサーマルフロー処理を行って微小化
させるレジストパターン形成方法において、(イ)前記
ポジ型レジストとして、(A)酸によりアルカリに対す
る溶解性が増大する樹脂成分、(B)放射線の照射によ
り酸を発生する化合物、(C)加熱により樹脂成分
(A)と反応して架橋を形成する少なくとも2個のビニ
ルエーテル基を有する化合物、及び(D)有機アミンか
らなるポジ型レジスト組成物を用い、及び(ロ)前記サ
ーマルフロー処理を100〜200℃の温度範囲内で2
回又はそれ以上加熱することにより行い、かつ、後の加
熱温度は前の加熱温度と同一又はそれよりも高く選ぶ。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、サーマルフロープ
ロセスを用いて微小化させる微細レジストパターンの作
成方法についての改良、さらに詳しくいえば、サーマル
フローの際の単位温度当りのレジストパターンの寸法変
化を小さくし、レジストパターンサイズのコントロール
を高精度で行いうるように改良した方法に関するもので
ある。
【0002】
【従来の技術】ICやLSIのような半導体デバイスや
LCDのような液晶デバイスの製造には、光のような放
射線を用いたリソグラフィ技術が利用されているが、こ
の場合、その解像力は、使用する放射線の波長と投影光
学系の開口数(NA)により左右される。
【0003】そして、近年、デバイスの微細化への要求
が高まるに従って、使用する放射線は、i線(365n
m)からKrFエキシマレーザー光(248nm)やA
rFエキシマレーザー光(193nm)へと短波長化す
る方向に進んでおり、それに伴って投影光学系の開口数
を大きくするための研究がなされているが、開口数を大
きくしても焦点深度が小さくなるため、開口数の拡大に
よる解像力にも限度がある。
【0004】一方、リソグラフィ法におけるレジストパ
ターンの微細化手段として、最近、レジスト膜に像形成
露光及び現像処理を施したのち、得られたレジストパタ
ーンを加熱処理してフローさせ、現像後のレジストパタ
ーンサイズより小さいサイズのレジストパターンを形成
させる、いわゆるサーマルフロープロセスが提案されて
いる(特開2000−188250号公報、特開200
0−356850号公報)。
【0005】このサーマルフロープロセスは既存のレジ
スト材料を用いて微細化することができるという長所を
有するが、現像後のレジストパターンを熱でフローさせ
るため、単位温度当りのレジストパターンサイズの変化
量を厳密にコントロールしなければならないため、これ
に適合した性質をもつレジスト組成物が必要となる。
【0006】このようなものとして、これまで少なくと
も2個のビニルエーテル基を有する化合物を配合した化
学増幅型ポジ型レジスト組成物が提案されているが(特
開平9−274320号公報)、このものは解像性が向
上するという長所がある反面、パターンの断面形状がテ
ーパー状になるという欠点がある。
【0007】その後、サーマルフロープロセスを適用す
る際の単位温度当りのレジストパターンサイズの変化量
をコントロールするとともに、ハーフトーン位相シフト
マスクを用いたリソグラフィ法によりレジストパターン
を形成する際に生じるディンプルを抑制しうる微細レジ
ストホールパターン形成方法として、(A)酸によりア
ルカリに対する溶解性が増大する樹脂成分、(B)放射
線の照射により酸を発生する化合物、(C)加熱により
樹脂成分(A)と反応して架橋を形成する少なくとも2
個のビニルエーテル基を有する化合物及び(D)有機ア
ミンからなるポジ型レジスト組成物を用いて基板上にレ
ジスト膜を形成させ、このレジスト膜にハーフトーン位
相シフトマスクを介して放射線を照射後、アルカリ現像
して得たレジストパターンを加熱し、レジストパターン
サイズを縮小させる方法が提案されたが(特願2000
−353509号)、この方法によっても、サーマルフ
ローの際の単位温度当りのレジストパターン寸法変化量
を厳しく抑制し、しかも良好な断面形状をもつレジスト
パターンを得ることや1枚の基板上に形成される複数の
ホールレジストパターンがサーマルフローの際に加熱誤
差によりホールサイズにバラツキを生じることを抑制す
ることは困難であった。
【0008】
【発明が解決しようとする課題】本発明はこのような事
情のもとで、サーマルフロープロセスに適合した単位温
度当りのレジストパターンサイズの変化量が小さく、得
られるレジストホールパターンサイズの面内均一性が高
く、かつ断面形状の優れたレジストパターンを形成させ
ることを目的としてなされたものである。
【0009】
【課題を解決するための手段】本発明者らは、サーマル
フロープロセスを用いて微細レジストパターンを形成さ
せる方法について種々研究を重ねた結果、特定の化学増
幅型ポジ型レジスト組成物を用いるとともにサーマルフ
ロー処理を複数回の加熱で行うことにより、サーマルフ
ローの際の単位温度当りのレジストパターン寸法変化を
小さくして、レジストパターンサイズの厳密なコントロ
ールを可能にし、トレンチ又はホール形状が均一で、レ
ジストパターンの断面形状の良好な微細レジストパター
ンを製造し得ることを見出し、この知見に基づいて、本
発明をなすに至った。
【0010】すなわち、本発明は、基板上に設けたポジ
型レジスト膜に、選択的露光処理及び現像処理を順次施
して形成させて得たレジストパターンにサーマルフロー
処理を行って微小化させるレジストパターン形成方法に
おいて、(イ)前記ポジ型レジストとして、(A)酸に
よりアルカリに対する溶解性が増大する樹脂成分、
(B)放射線の照射により酸を発生する化合物、(C)
加熱により樹脂成分(A)と反応して架橋を形成する少
なくとも2個のビニルエーテル基を有する化合物、及び
(D)有機アミンからなるポジ型レジスト組成物を用い
ること、及び(ロ)前記サーマルフロー処理を100〜
200℃の温度範囲内で2回又はそれ以上加熱すること
により行い、かつ、後の加熱温度は前の加熱温度と同一
又はそれよりも高く選ぶことを特徴とする微細レジスト
パターン形成方法を提供するものである。
【0011】
【発明の実施の形態】本発明方法においては、基板上の
ポジ型レジスト膜の形成に、(A)酸によりアルカリに
対する溶解性が増大する樹脂成分、(B)放射線の照射
により酸を発生する化合物、(C)加熱により樹脂成分
(A)と反応して架橋を形成する少なくとも2個のビニ
ルエーテル基を有する化合物、及び(D)有機アミンか
らなるポジ型レジスト組成物を用いることが必要であ
る。
【0012】この(A)成分の酸の作用によりアルカリ
に対する溶解性が増大する樹脂の例としては、水酸基の
水素原子が酸解離性基で置換されたヒドロキシスチレン
単位を含むヒドロキシスチレン共重合体、カルボキシル
基の水素原子が酸解離性基で置換されたアクリル酸又は
メタクリル酸単位とヒドロキシスチレン単位を含む共重
合体などのKrF用ポジレジストで用いられている公知
の樹脂、酸解離性基を有する多環式炭化水素基を主鎖又
は側鎖に有する非芳香族性樹脂のようなArF用ポジレ
ジストに用いられている公知の樹脂などを挙げることが
できるが、特に低温ベーク用のKrFエキシマレーザー
用レジストとしては、水酸基の水素原子が酸解離性基で
置換されたヒドロキシスチレン単位とヒドロキシスチレ
ン単位を含む共重合体が好ましい。なお、前記のヒドロ
キシスチレン単位は、ヒドロキシ‐α‐メチルスチレン
単位であってもよい。
【0013】この酸解離性溶解抑制基で水酸基の水素原
子が置換されたヒドロキシスチレン単位又は同様に置換
されたヒドロキシ‐α‐メチルスチレン単位により、露
光部では放射線の照射により発生した酸の作用により溶
解抑制基が脱離し、フェノール性水酸基に変化する。こ
のようにして、露光前はアルカリ不溶性であった樹脂が
露光後はアルカリ可溶性に変化する。
【0014】ヒドロキシスチレン又はヒドロキシα‐メ
チルスチレン単位は、アルカリ可溶性を付与するもので
ある。ヒドロキシル基の位置はo‐位、m‐位、p‐位
のいずれでもよいが、容易に入手可能で低価格であるこ
とからp‐位が最も好ましい。
【0015】前記の酸解離性溶解抑制基としては、これ
まで化学増幅型のKrF用又はArF用レジスト中の酸
の作用によりアルカリに対する溶解性が増大する成分に
おいて、酸解離性溶解抑制基として提案されているもの
の中から任意に選ぶことができる。これらの中で第三級
アルキルオキシカルボニル基、第三級アルキルオキシカ
ルボニルアルキル基、第三級アルキル基、環状エーテル
基、アルコキシアルキル基、1‐アルキルモノシクロア
ルキル基及び2‐アルキルポリシクロアルキル基の中か
ら選択される少なくとも1種が好ましい。
【0016】第三級アルキルオキシカルボニル基の例と
しては、tert‐ブチルオキシカルボニル基、ter
t‐アミルオキシカルボニル基などを、第三級アルキル
オキシカルボニルアルキル基の例としては、tert‐
ブチルオキシカルボニルメチル基、tert‐ブチルオ
キシカルボニルエチル基、tert‐アミルオキシカル
ボニルメチル基、tert‐アミルオキシカルボニルエ
チル基などを、第三級アルキル基の例としては、ter
t‐ブチル基、tert‐アミル基などを、環状エーテ
ル基の例としては、テトラヒドロピラニル基、テトラヒ
ドロフラニル基などを、アルコキシアルキル基の例とし
ては、1‐エトキシエチル基、1‐メトキシプロピル基
などを、1‐アルキルモノシクロアルキル基の例として
は、1‐メチルシクロヘキシル基、1‐エチルシクロヘ
キシル基のような第三級炭素原子に結合する2個のアル
キル基が連結して1つの環状基を形成する1‐低級アル
キルシクロヘキシル基を、2‐アルキルポリシクロアル
キル基の例としては、2‐メチルアダマンチル基、2‐
エチルアダマンチル基のような第三級炭素原子に結合す
る2個のアルキル基が連結して多環式炭化水素基を形成
する2‐低級アルキルアダマンチル基などを挙げること
ができる。
【0017】特に、質量平均分子量2000〜3000
0で分散度1.0〜6.0の範囲のポリヒドロキシスチ
レンであって、その中に存在する水酸基の10〜60%
の水素原子がtert‐ブチルオキシカルボニル基、t
ert‐ブチルオキシカルボニルメチル基、tert‐
ブチル基、テトラヒドロピラニル基、テトラヒドロフラ
ニル基、1‐エトキシエチル基及び1‐メトキシプロピ
ル基の中から選ばれる酸解離性基で置換されたヒドロキ
シスチレン共重合体が好適である。
【0018】中でも、解像性、レジストパターン形状に
優れることから、(A)成分として(a1)tert‐
ブチルオキシカルボニルオキシスチレン単位10〜60
モル%、好ましくは10〜50モル%を含む、質量平均
分子量2000〜30000、好ましくは5000〜2
5000、分散度1.0〜6.0、好ましくは1.0〜
4.0のヒドロキシスチレン共重合体と、(a2)アル
コキシアルキルオキシスチレン単位10〜60モル%、
好ましくは10〜50モル%を含む、質量平均分子量2
000〜30000、好ましくは5000〜2500
0、分散度1.0〜6.0、好ましくは1.0〜4.0
のヒドロキシスチレン共重合体との質量比10:90な
いし90:10、好ましくは10:90ないし50:5
0の範囲の混合物が好ましい。
【0019】また、(a3)テトラヒドロピラニルオキ
シスチレン単位10〜60モル%、好ましくは10〜5
0モル%を含む、質量平均分子量2000〜3000
0、好ましくは5000〜25000、分散度1.0〜
6.0、好ましくは1.0〜4.0のヒドロキシスチレ
ン共重合体と、上記の(a2)の共重合体との質量比が
10:90ないし90:10、好ましくは10:90な
いし50:50の範囲の混合物も適している。
【0020】また、(a4)tert‐ブトキシスチレ
ン単位10〜60モル%、好ましくは10〜50モル%
を含む、質量平均分子量2000〜30000、好まし
くは5000〜25000、分散度1.0〜6.0、好
ましくは1.0〜4.0のヒドロキシスチレン共重合体
と、上記の(a2)の共重合体との質量比が10:90
ないし90:10、好ましくは10:90ないし50:
50の範囲の混合物も適している。
【0021】また、高温ベーク用のKrFエキシマレー
ザー用レジストの(A)成分としては、カルボキシル基
の水素原子が酸解離性基で置換されたアクリル酸又はメ
タクリル酸とヒドロキシスチレン単位を含む共重合体が
好ましい。この(A)成分における酸解離性基は前記し
たものから選択されるが、特にはtert‐ブチル基の
ような第三級アルキル基、1‐メチルシクロヘキシル
基、1‐エチルシクロヘキシル基のような1‐低級アル
キルシクロヘキシル基、2‐メチルアダマンチル基、2
‐エチルアダマンチル基のような2‐低級アルキルポリ
シクロアルキル基が好ましい。
【0022】中でも、解像性、レジストパターン形状及
び耐エッチング性に優れることから、質量平均分子量2
000〜30000、好ましくは5000〜2500
0、分散度1.0〜6.0、好ましくは1.0〜4.0
のヒドロキシスチレン単位40〜80モル%、好ましく
は50〜70モル%、スチレン単位10〜40モル%、
好ましくは15〜30モル%及び酸解離性基で置換され
たアクリル酸又はメタクリル酸単位2〜30モル%、好
ましくは5〜20モル%の範囲が好ましい。前記のヒド
ロキシスチレン単位とスチレン単位はヒドロキシ‐α‐
メチルスチレン単位とα‐メチルスチレン単位であって
もよい。
【0023】なお、低温ベーク用とは、プレベーク及び
後加熱露光(PEB)の温度がそれぞれ90〜120
℃、好ましくは90〜110℃の間であり、高温ベーク
用とは、プレベーク及び後加熱露光(PEB)の温度が
それぞれ110〜150℃、好ましくは120〜140
℃の間から選択される温度で施されるものである。
【0024】次に(B)成分の放射線の照射により酸を
発生する化合物としては、これまで化学増幅型ポジ型レ
ジスト組成物において酸発生剤として用いられていた公
知の化合物の中から任意に選ぶことができ、特に制限は
ない。このような酸発生剤としては、例えばジアゾメタ
ン類、ニトロベンジル誘導体類、スルホン酸エステル
類、オニウム塩類、ベンゾイントシレート類、ハロゲン
含有トリアジン化合物類、シアノ基含有オキシムスルホ
ネート化合物類などが挙げられるが、これらの中でジア
ゾメタン類及び炭素数1〜15のハロゲノアルキルスル
ホン酸をアニオンとするオニウム塩類が好適である。
【0025】このジアゾメタン類の例としては、ビス
(p‐トルエンスルホニル)ジアゾメタン、ビス(1,
1‐ジメチルエチルスルホニル)ジアゾメタン、ビス
(シクロヘキシルスルホニル)ジアゾメタン、ビス
(2,4‐ジメチルフェニルスルホニル)ジアゾメタン
などがあり、炭素数1〜15のハロゲノアルキルスルホ
ン酸をアニオンとするオニウム塩類の例としては、ジフ
ェニルヨードニウム−トリフルオロメタンスルホネート
又はノナフルオロブタンスルホネート、ビス(4‐メト
キシフェニル)ヨードニウム−トリフルオロメタンスル
ホネート又はノナフルオロブタンスルホネート、ビス
(p‐tert‐ブチルフェニル)ヨードニウム−トリ
フルオロメタンスルホネート又はノナフルオロブタンス
ルホネート、トリフェニルスルホニウム−トリフルオロ
メタンスルホネート又はノナフルオロブタンスルホネー
ト、(4‐メトキシフェニル)ジフェニルスルホニウム
−トリフルオロメタンスルホネート又はノナフルオロブ
タンスルホネート、(p‐tert‐ブチルフェニル)
ジフェニルスルホニウム−トリフルオロメタンスルホネ
ート又はノナフルオロブタンスルホネートなどがある。
【0026】この(B)成分の酸発生剤は、単独で用い
てもよいし、2種以上組み合わせて用いてもよい。その
含有量は、前記(A)成分100質量部に対し、通常1
〜20質量部の範囲で選ばれる。この酸発生剤が1質量
部未満では像形成ができにくいし、20質量部を超える
と均一な溶液とならず、保存安定性が低下する。
【0027】本発明においては、(C)成分として架橋
性の少なくとも2個のビニルエーテル基を有する化合物
を含有させることが必要であるが、このものはレジスト
基板上に塗布し、乾燥してレジスト膜を形成する際、基
材樹脂成分と熱架橋するものであればよく、特に制限は
ない。特に好ましいのは(C)成分は、アルキレングリ
コールやジアルキレングリコール、トリアルキレングリ
コールなどのポリオキシアルキレングリコールやトリメ
チロールプロパン、ペンタエリトリット、ペンタグリコ
ールなどの多価アルコールの少なくとも2個の水酸基を
ビニルエーテル基で置換した化合物である。
【0028】このようなものとしては、例えば、エチレ
ングリコールジビニルエーテル、ジエチレングリコール
ジビニルエーテル、トリエチレングリコールジビニルエ
ーテル、1,4‐ブタンジオールジビニルエーテル、テ
トラメチレングリコールジビニルエーテル、テトラエチ
レングリコールジビニルエーテル、ネオペンチルグリコ
ールジビニルエーテル、トリメチロールプロパントリビ
ニルエーテル、トリメチロールエタントリビニルエーテ
ル、ヘキサンジオールジビニルエーテル、1,4‐シク
ロヘキサンジオールジビニルエーテル、テトラエチレン
グリコールジビニルエーテル、ペンタエリスリトールジ
ビニルエーテル、ペンタエリスリトールトリビニルエー
テル、シクロヘキサンジメタノールジビニルエーテルな
どを挙げることができる。これらの中で特に好ましいの
はシクロヘキサンジメタノールジビニルエーテルのよう
な脂環式基を有するアルキレングリコールのジビニルエ
ーテルである。
【0029】この(C)成分の架橋性の少なくとも2個
のビニルエーテル基を有する化合物は、前記(A)成分
100質量部に対し、通常0.1〜25質量部の範囲で
選ばれ、好ましくは1〜15質量部である。これらは単
独で用いてもよいし、2種以上混合して用いてもよい。
【0030】(イ)工程で用いるポジ型レジスト組成物
の(D)成分の有機アミンは、(C)成分が架橋性であ
るため、ポジ型レジスト組成物を溶液として塩基性と
し、安定化させるために配合されるもので、第二級又は
第三級脂肪族アミンが好ましい。このようなものとして
は、例えばジメチルアミン、トリメチルアミン、ジエチ
ルアミン、トリエチルアミン、トリ‐n‐プロピルアミ
ン、トリイソプロピルアミン、トリ‐n‐ブチルアミ
ン、トリイソブチルアミン、トリ‐tert‐ブチルア
ミン、トリペンチルアミン、ジエタノールアミン、トリ
エタノールアミン、トリブタノールアミンなどがある。
これらの中で好ましいのは、ジエタノールアミン、トリ
エタノールアミン、トリブタノールアミンなどのジアル
カノールアミン又はトリアルカノールアミンである。
【0031】この(D)成分の有機アミンは、前記
(A)成分100質量部に対し、通常0.01〜1質量
部、好ましくは0.05〜0.7質量部の範囲で用いら
れる。これらは単独で用いてもよいし、2種以上混合し
て用いてもよい。
【0032】このポジ型レジスト組成物は、その使用に
当って、上記各成分を溶剤に溶解した溶液の形で用いる
のが好ましい。この際用いる溶剤の例としては、アセト
ン、メチルエチルケトン、シクロヘキサノン、メチルイ
ソアミルケトン、2‐ヘプタノンなどのケトン類や、エ
チレングリコール、エチレングリコールモノアセテー
ト、ジエチレングリコール、ジエチレングリコールモノ
アセテート、プロピレングリコール、プロピレングリコ
ールモノアセテート、ジプロピレングリコール、又はジ
プロピレングリコールモノアセテートのモノメチルエー
テル、モノエチルエーテル、モノプロピルエーテル、モ
ノブチルエーテル又はモノフェニルエーテルなどの多価
アルコール類及びその誘導体や、ジオキサンなどの環式
エーテル類や、乳酸メチル、乳酸エチル、酢酸メチル、
酢酸エチル、酢酸ブチル、ピルビン酸メチル、ピルビン
酸エチル、メトキシプロピオン酸メチル、エトキシプロ
ピオン酸エチルなどのエステル類を挙げることができ
る。これらは単独で用いてもよいし、2種以上混合して
用いてもよい。
【0033】この組成物には、さらに所望により混和性
のある添加物、例えばレジスト膜の性能を改良するため
の付加的樹脂、可塑剤、安定剤、着色剤、界面活性剤な
どの慣用されているものを添加含有させることができ
る。
【0034】本発明方法においては、所望に応じ、基板
とレジスト膜の間に無機又は有機系反射防止膜を設ける
ことができる。これにより解像性が一段と向上し、設け
られた各種薄膜(SiN、TiN、BPSGなど)が基
板の影響を受けることにより、不良なレジストパターン
形状をもたらす、いわゆる基板依存性が抑制される。こ
の無機反射防止膜としてはSiONなどが、有機反射防
止膜としては、SWKシリーズ(東京応化工業社製)、
DUVシリーズ(ブリューワサイエンス社製)、ARシ
リーズ(シップレー社製)などが挙げられる。
【0035】次に、本発明方法において、基板上にポジ
型レジスト膜を設けるのは、公知のレジストパターン形
成方法と同様にして行うことができる。すなわち、シリ
コンウエーハのような支持体上に、又は必要に応じ反射
防止膜を設けた支持体上に、該レジスト組成物の溶液を
スピンナーなどで塗布し、乾燥してレジスト膜とする。
【0036】次に、本発明方法における選択的露光処理
及び現像処理は、これまで知られている通常のレジスト
パターン形成の場合と全く同様にして行うことができ
る。すなわち、選択的露光処理は、ポジ型レジスト膜に
所定のパターンマスクを通して放射線を照射する。この
放射線としては、例えば紫外線、ArFエキシマレーザ
ー、KrFエキシマレーザーなどが用いられる。このよ
うにして選択的露光処理により、潜像が形成されたなら
ば、露光後のポジ型レジスト膜を加熱処理したのち、
0.1〜10質量%テトラメチルアンモニウムヒドロキ
シド水溶液のようなアルカリ性水溶液を用いて露光部分
を洗い去り現像する。
【0037】本発明においては、このようにして現像処
理して得たレジストパターンにサーマルフロー処理を施
すことが必要である。このサーマルフロー処理は、2回
又はそれ以上、好ましくは2回又は3回加熱することに
よって行われる。この場合、回数を多くした方が単位温
度当りのレジストパターンサイズの変化量が小さくなる
ため好ましいが、回数が増えると工程数が増えるためス
ループットが悪化する。この加熱は、100〜200
℃、好ましくは110〜180℃の範囲から選択され、
第2回目以降の加熱は第1回目の加熱と同温度又はそれ
以上とする必要がある。
【0038】本発明方法において加熱を2回以上行うの
は、最初の加熱で、ポジ型レジスト中の(C)成分によ
る架橋形成を行って、形成されたレジスト膜のガラス転
移温度(Tg)を高くし、第2回目以降の加熱で目的と
するレジストパターンサイズの縮小を行わせるためであ
る。
【0039】このように、第1回目の加熱により形成さ
れたレジスト膜は熱変化量が小さいものへ変化するた
め、第2回目以降の加熱では、単位温度当りのレジスト
パターン寸法変化量が小さくなる。同時にこれらの加熱
によりレジストパターンの断面形状を現像後はテーパー
形状であっても矩形に近づけることができる。第1回目
の加熱だけで目的とするレジストパターンまで縮小させ
るとレジストパターンサイズの変化量が大きく、得られ
たレジストパターンサイズの面内の均一性が悪化する。
好適な加熱温度は、レジスト膜の組成に依存するが、そ
れぞれ独立して110〜180℃の範囲内である。
【0040】本発明方法の好適な実施態様は、(A)成
分として一部の水酸基の水素原子がtert‐ブトキシ
カルボニル基で置換されたポリヒドロキシスチレンと一
部の水酸基の水素原子が1‐エトキシエチル基で置換さ
れたポリヒドロキシスチレンとの混合物又は一部の水酸
基の水素原子がテトラヒドロピラニル基で置換されたポ
リヒドロキシスチレンと一部の水酸基の水素原子が1‐
エトキシエチル基で置換されたポリヒドロキシスチレン
との混合物を用い、かつサーマルフロ処理を120〜1
50℃の範囲における第1回加熱と130〜160℃の
範囲における第2回加熱により行った場合である。
【0041】この場合の加熱時間は、スループットに支
障がなく、所望のレジストパターンサイズが得られる範
囲であればよく、特に制限はないが、通常の半導体素子
の製造ライン工程から判断すれば、各加熱ごとに30〜
270秒、好ましくは60〜120秒程度である。
【0042】本発明方法における単位温度当りのレジス
トパターン寸法変化量は、以下のようにして求められ
る。すなわち、現像後、例えば200nmのレジストパ
ターンを有するウエーハを10枚準備し、124〜14
0℃まで2℃刻み(9ポイント)の各温度で90秒間加
熱する。それにより各温度でレジストパターンがそれぞ
れ縮小する。その温度と縮小したレジストパターンサイ
ズの関係をレジストパターンの寸法変化量を縦軸に、温
度変化を横軸とし、グラフ化する。その後、ターゲット
のレジストパターンサイズ、例えば150nm近辺で、
レジストパターンの変化量(nm)をそれに対応する温
度変化量(℃)で除すことにより算出できる。レジスト
膜厚は、1000nm以下であれば、寸法変化量にあま
り大きな影響は与えない。このレジスト膜厚としては1
000nm以下、特に400〜850nmが好ましい。
薄くなるほど、解像性が高くなり、またフローレートも
2〜15nm/℃の範囲内となる傾向があるので、レジ
スト膜厚は薄い方が好ましい。
【0043】本発明方法においては、第1回目の熱によ
るレジストパターン寸法変化量を15nm/℃以下、第
2回目以降の加熱によるレジストパターン寸法変化量を
3〜10nm/℃になるように選んで行うのが好まし
い。
【0044】
【実施例】次に、実施例により本発明をさらに詳細に説
明するが、本発明はこれらの例によって何ら限定される
ものではない。なお、各例中に示すポジ型レジスト組成
物の諸物性は以下の方法により求めたものである。
【0045】(1)感度:調製したレジスト組成物をス
ピンナーを用いて反射防止膜SWK−EX2(東京応化
工業株式会社社製)が120nmの膜厚に設けられたシ
リコンウエーハ上に塗布し、これをホットプレート上で
90℃、90秒間乾燥して膜厚500nmのレジスト膜
を得た。この膜に縮小投影露光装置FPA−3000E
X3(キャノン社製)を用いて、ハーフトーン位相シフ
トマスクを介してKrFエキシマレーザーを1mJ/c
2ずつドーズ量を加え露光したのち、110℃、90
秒間の後加熱露光(PEB)を行い、2.38質量%テ
トラメチルアンモニウムヒドロキシド水溶液で23℃に
て60秒間現像し、30秒間水洗して乾燥したとき、現
像後の露光部の膜厚が0となる最小露光時間を感度とし
てmJ/cm2(エネルギー量)単位で測定した。
【0046】(2)レジストパターン形状1(現像直
後):上記(1)と同様の操作により得た口径250n
mのレジストホールパターンをSEM(走査型電子顕微
鏡)により観察し、その形状を、基板底部まで垂直なホ
ールパターンをA、テーパー形状をBとして評価した。
【0047】(3)レジストパターン形状2(サーマル
フロー後):上記(1)と同様の操作により得た口径2
50nmのレジストホールパターンをサーマルフロー処
理した後、SEM(走査型電子顕微鏡)により観察し、
その形状を、基板底部まで垂直なホールパターンをA、
不良なパターンをBとして評価した。
【0048】(4)解像度:上記(1)と同様の操作に
より得たレジストホールパターンの限界解像度(nm)
を調べた。
【0049】(5)サーマルフロー特性:上記(1)と
同様の操作により得た口径200nmのレジストホール
パターンに表1に示す第1の加熱ないし第3の加熱処理
を施し、120nmまで縮小させた。このようにして形
成した120nmのレジストパターンのフローレート
(1℃当りのレジストパターンサイズの変化量)をnm
/℃で測定し、以下の基準で評価した。 ◎:5nm/℃未満 ○:5nm/℃以上10nm/℃未満 ×:10nm/℃以上
【0050】実施例1 水酸基の39%の水素原子が1‐エトキシエチル基で置
換された質量平均分子量10,000、分散度1.2の
ポリヒドロキシスチレン75質量部と、水酸基の36%
の水素原子がtert‐ブトキシカルボニル基で置換さ
れた質量平均分子量10,000、分散度1.2のポリ
ヒドロキシスチレン25質量部の混合物に、ビス(シク
ロヘキシルスルホニル)ジアゾメタン5質量部、1,4
‐シクロヘキサンジメタノールジビニルエーテル5質量
部、トリエタノールアミン0.2質量部及びフッ素シリ
コーン系界面活性剤0.05質量部を加え、プロピレン
グリコールモノメチルエーテルアセテート490質量部
に溶解し、孔径200nmのメンブランフィルターを用
いてろ過し、ポジ型レジスト組成物を調製した。
【0051】次に膜厚120nmの反射防止膜(東京応
化工業社製,「SWK−EX2」)を設けたシリコンウ
エーハ(径200mm、厚さ0.72mm)の表面に、
スピンナーを用いて上記のポジ型レジスト組成物を塗布
し、ホットプレート上に載置し、90℃で90秒間乾燥
することにより膜厚500nmのレジスト膜を形成させ
た。このようにして得たレジスト膜について、感度、レ
ジストパターン形状、解像度を評価したのち、さらに縮
小投影露光装置(キャノン社製,「FPA−3000E
X3」)を用い、ハーフトーン位相シフトマスクを介し
てKrFエキシマレーザー光を照射後、110℃で90
秒間後加熱露光(PEB)を行ったのち、23℃に保っ
た2.38質量%テトラメチルアンモニウムヒドロキシ
ド水溶液に60秒間浸せきして現像し、30秒間水洗す
ることにより口径250nmのレジストホールパターン
を得た。次いで、このようにして得たレジストホールパ
ターンを先ず140℃で90秒、続いて150℃で90
秒加熱するサーマルフロー処理に付した。これにより縮
小したレジストホールパターンのサーマルフロー処理前
後のレジストパターン形状を、先に評価したレジスト膜
の諸物性とともに表1に示す。
【0052】実施例2 実施例1のポジ型レジスト組成物に、酸発生剤としてト
リフェニルスルホニウムトリフルオロメタンスルホネー
ト2質量部を追加したものを用いる以外は、実施例1と
同様にして処理し、微細レジストパターンを形成した。
この場合の諸物性を表1に示す。
【0053】実施例3 実施例1において、水酸基の36%の水素原子がter
t‐ブトキシカルボニル基で置換された質量平均分子量
10,000、分散度1.2のポリヒドロキシスチレン
を用いずに、水酸基の39%の水素原子が1‐エトキシ
エチル基で置換された質量平均分子量10,000、分
散度1.2のポリヒドロキシスチレンのみを100質量
部用いたこと以外は実施例1と同様にしてポジ型レジス
ト組成物を調製し、これを用いて実施例1と同様にして
レジストパターンを形成したのち、先ず140℃で90
秒、次いで140℃で90秒加熱するサーマルフロー処
理を行って微細レジストパターンを得た。この場合の諸
物性を表1に示す。
【0054】実施例4 実施例3のポジ型レジスト組成物に、酸発生剤としてト
リフェニルスルホニウムトリフルオロメタンスルホネー
ト2質量部を追加したものを用いる以外は、実施例3と
同様にして処理し、微細レジストパターンを形成した。
この場合の諸物性を表1に示す。
【0055】実施例5 実施例1における樹脂混合物に代りに、水酸基の39%
の水素原子が1‐エトキシエチル基で置換された質量平
均分子量10,000,分散度1.2のポリヒドロキシ
スチレン70質量部、水酸基の30%の水素原子がテト
ラヒドロピラニル基で置換された質量平均分子量10,
000、分散度1.2のポリヒドロキシスチレン30質
量部の混合物を用いた以外は実施例1と同様にしてポジ
型レジスト組成物を調製した。このものについての特性
を表1に示す。次に、このようにして得たポジ型レジス
ト組成物を用い、実施例1と同様にしてレジストホール
パターンを形成させのち、先ず130℃で90秒、次い
で150℃で90秒加熱するサーマルフロー処理を行う
ことにより微細レジストパターンを得た。この場合の諸
物性を表1に示す。
【0056】実施例6 実施例5のポジ型レジスト組成物に、酸発生剤としてト
リフェニルスルホニウムトリフルオロメタンスルホネー
ト2質量部を追加したものを用いる以外は、実施例5と
同様にして処理し、微細レジストパターンを形成した。
この場合の諸物性を表1に示す。
【0057】実施例7 実施例1における樹脂混合物の代りに、水酸基の39%
の水素原子が1‐エトキシエチル基で置換された質量平
均分子量10,000、分散度1.2のポリヒドロキシ
スチレン75質量部、水酸基の30%の水素原子がte
rt‐ブチル基で置換された質量平均分子量10,00
0、分散度1.2のポリヒドロキシスチレン25質量部
の混合物を用いた以外は実施例1と同様にして、ポジ型
レジスト組成物を調製した。このものについての特性を
表1に示す。次に、このようにして得たポジ型レジスト
組成物を用い、実施例1と同様にしてレジストホールパ
ターンを形成させのち、先ず140℃で90秒、次いで
150℃で90秒加熱するサーマルフロー処理を行うこ
とにより微細レジストパターンを得た。この場合の諸物
性を表1に示す。
【0058】実施例8 実施例7のポジ型レジスト組成物に、酸発生剤としてト
リフェニルスルホニウムトリフルオロメタンスルホネー
ト2質量部を追加したものを用いる以外は、実施例7と
同様にして処理し、微細レジストパターンを形成した。
この場合の諸物性を表1に示す。
【0059】実施例9 実施例1におけるサーマルフロー処理を、140℃で9
0秒、145℃で90秒及び150℃で90秒加熱する
ことに変えた以外は、実施例1と同様にして微細レジス
トパターンを得た。この場合の諸物性を表1に示す。
【0060】比較例1 実施例1におけるサーマルフロー処理を、140℃で9
0秒加熱することに変えた以外は、実施例1と同様にし
て微細レジストパターンを得た。この場合の諸物性を表
1に示す。
【0061】比較例2 実施例1において、シクロヘキサンジメタノールジビニ
ルエーテルを用いなかったこと以外は実施例1と同様に
してポジ型レジスト組成物を調製した。、このものを用
い、実施例1と同様にして得た微細レジストパターンの
諸物性を表1に示す。
【0062】
【表1】
【0063】
【発明の効果】本発明方法によると、単位温度当りのレ
ジストパターンサイズの変化量を小さくすることができ
るので、パターンサイズの面内均一性が高く、かつ断面
形状の優れた微細レジストパターンを形成させることが
できる。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 増島 正宏 神奈川県川崎市中原区中丸子150番地 東 京応化工業株式会社内 Fターム(参考) 2H025 AA02 AA03 AA18 AB16 AC04 AC08 AD03 BE00 BE10 BG00 BH04 CC17 FA29 2H096 AA25 BA11 EA04 GA08 HA01 5F046 LA18

Claims (4)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 基板上に設けたポジ型レジスト膜に、選
    択的露光処理及び現像処理を順次施して形成させて得た
    レジストパターンにサーマルフロー処理を行って微小化
    させるレジストパターン形成方法において、(イ)前記
    ポジ型レジストとして、(A)酸によりアルカリに対す
    る溶解性が増大する樹脂成分、(B)放射線の照射によ
    り酸を発生する化合物、(C)加熱により樹脂成分
    (A)と反応して架橋を形成する少なくとも2個のビニ
    ルエーテル基を有する化合物、及び(D)有機アミンか
    らなるポジ型レジスト組成物を用いること、及び(ロ)
    前記サーマルフロー処理を100〜200℃の温度範囲
    内で2回又はそれ以上加熱することにより行い、かつ、
    後の加熱温度は前の加熱温度と同一又はそれよりも高く
    選ぶことを特徴とする微細レジストパターン形成方法。
  2. 【請求項2】 (イ)における(C)成分及び(D)成
    分の含有量が、(A)成分100質量部当り、(C)成
    分0.1〜25質量部、(D)成分0.01〜1質量部
    である請求項1記載の微細レジストパターン形成方法。
  3. 【請求項3】 (ロ)における毎回の加熱時間を30〜
    270秒間とする請求項1又は2記載の微細レジストパ
    ターン形成方法。
  4. 【請求項4】 加熱による単位温度当りのレジストパタ
    ーン寸法変化量を、第1回目が15nm/℃以下、第2
    回目以降が3〜10nm/℃になるように抑制して行う
    請求項1、2又は3記載の微細レジストパターン形成方
    法。
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