JP2581147B2 - X線リソグラフィ方法 - Google Patents

X線リソグラフィ方法

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    • G03PHOTOGRAPHY; CINEMATOGRAPHY; ANALOGOUS TECHNIQUES USING WAVES OTHER THAN OPTICAL WAVES; ELECTROGRAPHY; HOLOGRAPHY
    • G03FPHOTOMECHANICAL PRODUCTION OF TEXTURED OR PATTERNED SURFACES, e.g. FOR PRINTING, FOR PROCESSING OF SEMICONDUCTOR DEVICES; MATERIALS THEREFOR; ORIGINALS THEREFOR; APPARATUS SPECIALLY ADAPTED THEREFOR
    • G03F7/00Photomechanical, e.g. photolithographic, production of textured or patterned surfaces, e.g. printing surfaces; Materials therefor, e.g. comprising photoresists; Apparatus specially adapted therefor
    • G03F7/20Exposure; Apparatus therefor
    • G03F7/2037Exposure with X-ray radiation or corpuscular radiation, through a mask with a pattern opaque to that radiation
    • G03F7/2039X-ray radiation

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  • Health & Medical Sciences (AREA)
  • Toxicology (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Exposure Of Semiconductors, Excluding Electron Or Ion Beam Exposure (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】 (産業上の利用分野) 本発明はIC、LSI等の半導体素子の製造用のX線リソ
グラフィ方法に関し、特に波長1Å〜150Å程度のX線
を対象とし、レジスト等の感光材料の実効感度を増強し
たX線リソグラフィ方法に関するものである。
(従来の技術) 最近、IC、LSI等の半導体素子製造用の露光装置にお
いては半導体素子の高集積化に伴って、より高分解能の
焼付けが可能な例えば波長1Å〜150Å程度のX線を利
用した露光装置が種々と提案されている。
この所謂、X線リソグラフィは直進性、非干渉性およ
び低回折性等のX線固有の性質に基づき、これまでの可
視光や紫外光によるリソグラフィと比べて多くのより優
れた点を有している。そのため、近年ではサブミクロン
用のリソグラフィやクウォーターミクロン用のリソグラ
フィの有力な手段として注目されてきている。X線リソ
グラフィは可視光や紫外光によるリソグラフィに比較し
て多くの優位点を持っているが、X線源のパワー不足、
レジストの低感度、アライメントの困難さ、マスク材料
の選定および加工方法の困難さ等の問題点があった。
X線リソグラフィ用としてのレジストとしては、例え
ばポリメチルメタクリレート(PMMA)がある。このPMMA
のレジストはエレクトロンビーム用のレジストとしても
使用出来る。
一般にX線リソグラフィにおいて大きな問題点の1つ
に感度がある。
通常、X線リソグラフィにおけるレジストのX線利用
効率は0.3%以下といわれており、これが感度の低下を
来たしている。例えばPMMAの場合、X線としてPdKα線
を使用すると実効感度は1000〜2000mJ/cm2程度である。
ここで、感度は露光時のX線照射量で示している。す
なわち、照射量が低い程高感度である。高感度のレジス
トとしてはクロロメチル化ポリスチレン(CMS、東洋ソ
ーダ製)があるが、上述と同様の条件での実効感度は約
100mJ/cm2である。
現在X線用レジストの実効感度を10mJ/cm2以下にする
ことが望まれている。しかしながら一般にレジストの感
度を増大させることは大変困難である。
(発明が解決しようとする問題点) 本発明はレジスト層の感光材料の上に更に特定の物質
を設けることにより、X線用リソグラフィにおいて感光
材料の実効感度を増大させ、良好なる性能が容易に得ら
れるX線リソグラフィ方法の提供を目的とする。
(問題点を解決するための手段) 本発明のX線リソグラフィ方法は、 (1−1)ウエハ上にレジスト層とX線照射によって蛍
光を発する有機蛍光物質層とを設けた構成体を用意し、
該構造体にX線を照射し、前記有機蛍光物質層から発生
する蛍光と前記X線の両方によって前記レジスト層を感
光させることを特徴としている。
特に、マスクのパターンを介して前記構造体にX線を
照射することで、前記レジストにパターンを露光転写す
ることを特徴としている。
(実施例) 第1図は本発明のX線リソグラフィ方法をX線用露光
装置に適用したときの一実施例の概略図である。
同図において、1はX線源、2はマスク枠、3は例え
ば金等により形成されたマスクパターンである。また、
4はポリイミド等のX線透過膜(マスク材保持薄膜)、
5はウエハ、6はレジスト、7は蛍光物質層でありレジ
スト6面上に設けられている。蛍光物質層7は分散材等
に分散された有機蛍光物質8を含有している。有機蛍光
物質8はX線等の照射によりレジスト6に感光域を有す
る蛍光を発する物質より成っている。
同図において、X線源(ターゲット)1から発生した
X線はマスクパターン3および蛍光物質層7を介してレ
ジスト6に照射される。この時X線に曝された蛍光物質
8から蛍光線が発せられるので、レジスト6面上にはマ
スクを透過したX線および蛍光物質8から発せられた蛍
光線によってマスクパターン3が投影される。この後、
蛍光物質層7を剥離等により除去し、レジスト6を現像
する。なお、本実施例においては、蛍光物質層7を現像
と同時に除去するようにしても良い。
このように本実施例においてはレジスト6面上に蛍光
物質層7を形成した後、X線等の主鎖によりパターンを
照射し、レジスト6を感光させると共にX線の主線によ
って有機蛍光物質8から発する蛍光線とによりレジスト
6を感光させている。
本実施例において、照射エネルギーとしてX線を用い
た場合、レジスト上にパターンを投影するのはX線であ
り、蛍光線はレジストの実効感度を増強せしめる役割を
果たしている。
すなわち、本実施例では、レジストが閾値以下の照射
エネルギーの照射ではほとんど感光せず閾値を越えたと
ころから感光が始まるというレジストの特性に基づき、
この閾値を越えない程度の蛍光線(2次照射線)を感度
の増強用に使用している。従って、パターンを投影する
ためのX線の出力は蛍光線と合わせて閾値を越える程度
でよく、逆に蛍光線のエネルギー量はレジストの解像度
を低下させることのないように所定の閾値以下としてい
る。
またこの閾値は、レジストの種類、厚さ、蛍光線の波
長域等により異なっているが、実験的に容易に求めるこ
とができる。
本実施例における有機蛍光物質8はX線等の主線に対
してレジストの感光域に蛍光線(2次照射線)を発する
物質より成っている。
有機物質としては例えば、tripheny−lene、pyrene、
perylene、dimethyl−benzanthracenpicene、pentaphen
e、ph−thalocyanine、phthaloc−yanine、β−caroten
e、シアニン色素、ケトメチレンシアニン色素、キサン
テン型色素、fuchsine、crystal violet、malachite
gre−ee、rhodamine B、erythn−osine、trypaflavin
e、vi−olanthrone B、cororene、アントラセン、サ
リチル酸、アンスランセン、ナフタレン・・・・などの
有機半導体材料、および染料、有機酸増感剤がある。
又、本実施例において用いられる分散材(バインダ
ー)としてはポリビニルピロリドン、ポリビニルアルコ
ール、カルボキシメチルセルロース(CMC)、ゼラチ
ン、カゼイン、アラビアゴム、アセチルセルロース、ニ
トロセルロース、環化ゴム、ポリイソプレン、ポリブタ
ジエン、ノボラック樹脂、フェノール系樹脂、アクリル
系樹脂、ポリスチレン、酢酸ビニル等がある。
本実施例において有機蛍光物質8は溶剤に溶かした
り、又は分散材に分散させて調整している。この他、有
機蛍光物質を抵抗加熱等の蒸着により直接、レジスト上
に設けるようにしている。
尚、レジストの感光域に対応した蛍光線を発する有機
蛍光物質及び分散剤等はレジスト上に均一に分散塗布で
きればどのようなものであっても良い。
本発明を適用する際に特に効果の大きい照射エネルギ
ーとしてはX線(含SOR光)があるが、γ線、真空紫外
線、遠紫外線、紫外線、エレクトロンビームおよびイオ
ンビーム等でも蛍光線を発生させることができ増感効果
が得られる。これらの波長域は特に制限はないが、例え
ば照射エネルギーとしてX線を用いるときは、X線リソ
グラフィ用レジストの感光域に対応した波長域の蛍光線
を発する蛍光物質を設ければ良い。
リソグラフィ用レジストの感光域に対応した蛍光線の
発生波長域として好ましくは200mμ〜550mμの範囲であ
る。更にその中でも光リソグラフィ用レジストの多くが
占め、そして蛍光体の種類が多い300mμ〜450mμの範囲
が特に好ましい。
なお、本発明に用いる感光性材料としては、X線等の
主線に感光し、使用する蛍光物質の発する光波長域に感
光性を持っているリソグラフィ用レジストであればどの
ようなものでも良い。
次に本発明に係る蛍光物質層7の具体的な実施例につ
いて説明する。
(実施例 1) 蛍光物質の一例としてサリチル酸をキシレンに溶解し
塗工液を調整した。
洗浄後のシリコンウエハ上に環化ゴム−ビスアジド系
レジスト(東京応化製OMR−85)を約1μmの厚さに塗
布し、83℃で25分間のベークを行った。次いで前記塗工
液をレジスト上に約5μmの厚さに塗布し蛍光物質層を
形成した。
次にX線(Rh Lα線:4.6Å)を約10分間照射した
後、所定の現像液でレジストの現像と同時に蛍光体の除
去を行った。この結果、従来法では残膜率0.8を得るの
に約40分間の照射が必要であったが、本実施例の塗工液
を用いたことにより約1/4の照射量で十分な残膜を形成
できることが出来た。
(実施例 2) サリチル酸を加熱してレジスト上に蒸着積層した。
X線露光及び処理を実施例1と同様に行ない、蛍光物
質層の除去と現像を行ったところ実施例1と同様の結果
を得た。
(実施例 3) 蛍光物質としてpiceneの粉末を酢酸溶液中に溶解させ
て塗工液を調整した。
酸化膜を設けたシリコンウエハ上に桂皮酸系レジスト
−KPR(Kodak photo Resist)を1μmの厚さに塗工
し、次いで前記塗工液をレジスト上に約5μmの厚さに
塗布し蛍光物質層を形成した。
次にX線源(Pd Lα線:4.6Å)によりマスクを介し
てパターン照射を行なった後、蛍光物質層を予め酢酸溶
液を用いて除去した後、所定の現像液でレジストを現像
した。
この結果、従来の適性露光時間に対して約1/3の露光
時間に短縮でき増感が計れた。
(実施例 4) 蛍光物質として銅フタロシアニンを用いた。
酸化膜を設けたシリコンウエハ上にポリケイ皮酸エス
テル系のレジストTPR(東京応化製)を1μm塗布し、
その後80℃で20分間のベークを行った。次いで抵抗加熱
により銅フタロシアニンをレジスト上に約2μm厚設け
た。
次にX線源(Rh Lα:4.6Å)を約10分間パターン照
射した後、所定の現像液で現像したところ良好なパター
ンが得られた。
この結果、従来法では残膜率0.8を得るのに約40分を
要していたのが本実施例の方法を用いることにより約1/
4の照射時間で満足のできるパターンが得られることが
判った。
(実施例 5) 洗浄後のシリコンウェハ上にOMR83(東京応化製phto
Resist)を約1μmの厚さに塗布・乾燥後、アントラ
センを2μmの厚さに真空蒸着した。
次に、X線(Al Kα:8.3Å)をパターン照射し、有
機溶剤(ベンゼン系)で蛍光物質層を除去した後、所定
の現像処理を行なった。
この結果、従来法では40分間の照射で適性照射量に達
したが、本実施例の方法により約12分の照射で十分なレ
ジストパターンを得ることができた。
(発明の効果) 本発明によれば、レジスト等の感光性材料上に蛍光物
質を含有した層あるいは蛍光物質層を形成することによ
り、照射エネルギーを照射して露光するときに、蛍光物
質から2次照射線を発生させ、感光性材料に照射するよ
うにして、感光性材料の実効感度を向上させ、良好なX
線リソグラフィ方法を達成することができる。更に、マ
スク材保持薄膜としてX線透過率や厚さ等の厳しい条件
を緩和させたX線リソグラフィ方法を達成することがで
きる。
この他、本発明によれば本来持ち得るレジストの特性
をそのまま維持することができる。現在、X線レジスト
として代表的なレジストとしてクロロメチル化ポリスチ
レンがある。このレジストの感度を増強するためには塩
素の量を増加させれば良いが、そうするとシリコン基板
との密着性が低下するなどの問題点がある。
このように一般には感度を増強させる場合には他の主
要な性能、例えば解像度、ガンマ値、現像性能、密着
性、液保存性等のいづれかの機能のうち少なくとも1つ
を犠牲にせざるをえない。しかしながら、本発明によれ
ば、各レジストの性能を保ちつつ感度のみを増強するこ
とができる。
また、本発明に係る蛍光物質は有機系のものであり、
重金属等によるコンタミの問題はなく、そのうえC、
H、OあるいはNから構成されているためX線透過率が
高く2次線の散乱が少ない等の特徴を有している。
【図面の簡単な説明】
第1図は本発明をX線用露光装置に適用したときの一実
施例の概略図である。 図中、1はX線源、2はマスク枠、3はマスクパター
ン、4はX線透過膜、5はウエハ、6はレジスト、7は
蛍光物質層、8は蛍光物質である。

Claims (2)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】ウエハ上にレジスト層とX線照射によって
    蛍光を発する有機蛍光物質層とを設けた構成体を用意
    し、該構造体にX線を照射し、前記有機蛍光物質層から
    発生する蛍光と前記X線の両方によって前記レジスト層
    を感光させることを特徴とするX線リソグラフィ方法。
  2. 【請求項2】マスクのパターンを介して前記構造体にX
    線を照射することで、前記レジストにパターンを露光転
    写することを特徴とする請求項1記載のX線リソグラフ
    ィ方法。
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