JP2588192B2 - パタ−ン形成方法 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 〔発明の目的〕 （産業上の利用分野） 本発明は、高密度の半導体装置等の製造におけるホト
リソグラフィ工程で有用なパターン形成方法に係わる。

（従来の技術） LSI,VLSI等の半導体集積回路の高集積化に伴い、素
子、配線等の寸法が一層微細化される傾向にある。この
ため、素子や配線等の寸法精度は極めて厳格に制御され
ることが要求されている。こうした半導体集積回路の生
産には、量生性に優れた結像投影方式の紫外線露光技術
（波長:300〜450nm）が汎用されている。しかしなが
ら、かかる技術は集積回路の高密度化に対応する上で、
露光装置の解像性の向上と、微細パターンの形成という
課題を内包している。この課題を克服するためにレジス
ト材料の面から様々な研究開発が進められている。

例えば、解像性を改善する目的で、レジスト膜上に光
退色性物質を含有する感光性膜を設ける方法が提案され
ている。この方法は、パターンの照度分布を光退色性膜
を通過させることで変換させ、レジストに対しての光学
コントラストを見掛け上改善するものである。即ち、光
量が相対的に小さいシャドウ部分では退色量が小さく逆
にハイライト部分では退色量が大きい。従って、シャド
ウ部分に比較してハイライト部分の透過光量は相対的に
強まり、レジスト膜に対して見掛け上光学コントラスト
が改善されたことになる。

この光学コントラスト改善方法を効果的に行なうに
は、退色性物質は次の条件を満す必要がある。レジス
トを感光させる光線を充分吸収しつつ退色すること、
退色速度がレジストの感光速度に近いこと、退色後、
充分透明な材料に変化することである。上述した光学コ
ントラストを改善する方法としては、具体的に特開昭54
−64971号公報や特開昭54−70761号公報に記載されたネ
ガ型レジスト膜上に光退色性のポジ型レジスト膜を設け
る方法が知られている。しかしこの場合はポジ型レジス
トの吸光係数が小さいため、シャドウ部分の光線を充分
に遮光できないのみならず、レジストの膜厚を厚くすれ
ば遮光能は向上するが、像はボケるため、解像性は逆に
悪化する。また、特開昭59−104642号公報には、退色性
物質としてアリールニトロンが記載されている。この場
合には、吸光係数が大きいため感光性膜を薄くすること
ができ、解像性が改善されるものの、アリールニトロン
は有機溶媒を使用しなければならず、その結果、レジス
トとの間に中間層を設けることやレジストの現像前に感
光性膜を剥離することなど製造工程を繁雑ならしめる問
題がある。

（発明が解決しようとする問題点） 本発明の目的は前記した従来技術の問題点を解消し、
良好な遮光性及び安定性を有する光退色性色素フィルタ
ーを用いて簡易な方法により微細なパターンを寸法精度
良く、かつ安定に形成するパターン形成方法を提供しよ
うとするものである。

〔発明の構成〕

（問題点を解決するための手段） 本発明は光退色性感光膜を直接ホトレジスト上に塗布
して形成するという従来技術と異なり光退色性色素を含
むフィルターを独立して形成し露光時にホトレジストに
密着させてパターン形成を行なうものである。光退色性
色素はフィルター基板中に分散させてもよいし、また基
板上に薄膜として形成してもよい。但し集積回路のパタ
ーン露光に一般的に使用される光線（水銀灯）は吸収が
300〜450nmにあるため、この領域で光学的に透明である
ような材料がフィルター基板として必須の要件である。
これらの材料として例えば石英、硼硅酸ガラス、アクリ
ル樹脂、ポリスチレンなどが利用できる。

本発明になる光退色性感光膜は従来技術と異なり直接
ホトレジスト上に塗布により形成されないため、ホトレ
ジストとの化学的なミキシングが皆無である。従ってあ
らゆるホトレジストとの組み合わせでも使用可能であ
り、さらに、光退色性色素が油溶性、水溶性を問わず使
用できるため材料の利用範囲が拡大するという長所を有
する。加えて、従来必要であったホトレジスト現像前の
光退色性感光膜、はく離工程が不要であり、通常の常層
レジストによるリソグラフィと同じプロセスとすること
ができる。

本発明に用いる光退色性色素はフォトクロミック化合
物である。フォトクロミズムは光照射という外的刺激に
対して物質が固有の色相を可逆的に変化させる現象であ
り、このような物質をフォトクロミック化合物という。
さらに本発明に用いるフォトクロミック化合物は、その
感光波長域が300〜450nmでなければならない。なぜなら
ば、集積回路のパターン露光等に一般的に使用される水
銀灯はこの領域の吸収効率が高くホトレジストの感光波
長もこれに合わせてあるからである。フォトクロミック
化合物を用いることにより本発明になる光退色性色素フ
ィルターは反復使用が可能となる。露光によって色相の
変化したフィルターは、例えば加熱や他の波長の光線照
射などによって容易に元来の色相に戻る。このため保存
性を優れ可逆性の高いフォトクロミック化合物を用いて
光退色性色系フィルターを作製すればこれを露光時にホ
トレジストに密着させるだけで他のレジストプロセスは
通常のラインがそのまま使用できる。上記目的に沿うよ
うなフォトクロミック化合物の例として、スピロピラン
類、スチリル化合物、アリールニトロン化合物などがあ
げられる。

本願のパターン形成方法について説明すれば、まず、
半導体ウェハやマスクブランク等の基板上にレジスト膜
を形成する。ここに用いるレジストは、格別限定されな
いが、例えばナフトキノンジアジドスルホン酸エステル
化物とクレゾールノボラック樹脂からなるポジ型レジス
ト、ビスアジド化合物を環化ポリイソプレンに配合した
ゴム系ネガ型レジスト、アジドをポリビニルフェノール
樹脂やフェノールノボラック樹脂に溶解したネガ型レジ
ストを挙げることができる。レジスト膜はプリベークし
た後露光機にセットされる。次いで前述した本発明の光
退色性色素フィルターをレジスト膜に密着させパターン
露光を行なう。この時レジスト膜と光退色性素フィルタ
ーの密着は、状況に応じてハードコンタクト、ソフトコ
ンタクト、プロキシミティいずれでも良い。この後レジ
スト膜を現像して所定のレジストパターンを形成する。

（作用） 本発明の光退色性色素フィルターは吸収帯が300〜450
nmにあるフォトクロミック化合物を配合しているため、
集積回路のパターン露光等に一般的に使用される光線
（水銀灯）のｇ線（波長436nm）、ｈ線（波長405nm）、
ｉ線（波長365nm）の吸収効率が高く、極めて効果的に
マスクのシャドウ部を遮光し得る。

しかして光退色性色素フィルターはレジスト膜から独
立しているため、生成時の両者のミキシングやインタレ
イヤー形成による過度なオーバーハングの心配がなくレ
ジスト現像前の感光膜の処理といったプロセス上の繁雑
さも不要である。

さらにこの光退色性色素フィルターはフォトクロミッ
ク化合物の特性を生かして露光使用後、再生反復使用で
きる。

本発明になる光退色性色素フィルターを用いて紫外線
露光を行なうとフィルターの露光部が光線を効率よく吸
収して退色し、充分に透明なパターンとなると共に、シ
ャドウ部の光線を充分に遮光できるため、該フィルター
下のレジスト膜にマスクに忠実なパターン露光を行なう
ことができる。従って、この後の現像処理によりマスク
パターンに忠実な微細レジストパターンを高精度で形成
することができる。

（実施例） 以下、本発明の実施例について詳細に説明する。本発
明のパターン形成方法を実施するには、第１図に示すよ
うな、パターン露光装置を用いて行なわれる。すなわ
ち、光源１からの光２を集光レンズ３で集光し、所定の
パターン４得るためのマスク（レチクル）５と縮小投影
レンズ６を介して、ウェハ７上にパターンを投影する。
ウェハ７は、ウェハステージ８に載置され、ステップ駆
動および合わせ移動用モータ９で所定の位置に調整し、
複数のパターンが露光されるようになっている。そし
て、このウェハ７の上には光退色性色素フィルター10が
設けられている。

次に示す各々の具体的実施例は、このウェハ７および
光退色性色素フィルター10について説明する。

実施例１ シリコンウェハ上にポジ型レジスト（東京応化工業製
商品名:OFPR−800）を回転塗布し、ベークして厚さ1.5
μｍのレジスト膜を形成した。

次いで、1,2,3−トリメチルスピロ〔インドリノ−2,
2′−ベンゾピラン〕−８′−カルボキシリックアシッ
ドを石英基板上に蒸着させて得られた光退色性色素フィ
ルターをレジスト膜に密着させて開口数0.35、波長436n
mの５対１縮少投影露光装置により露光し、現像してレ
ジストパターンを形成し、顕微鏡観察により解像性を調
べた。その結果、良好な断面形状を維持しているレジス
トパターンの最小線幅は0.7μｍであり極めて微細なレ
ジストパターンを形成できることが確認された。なお、
本発明になる光退色性色素フィルターを用いずに同様な
パターニングを行なったものでは最小線幅は1.2μｍで
あった。本フィルターは露光後無色透明であるが、150
℃,60秒の熱処理で薄紅色の本来の色相に戻り、吸光度
も初期状態の99％に回復している。この反復くりかえし
使用によっての特性劣化は少くとも10回までは認められ
ていない。

実施例２ α−（４−ジブチルアミノフェニル）−Ｎ−（４−メ
トキシカルボニル,3−メチルフェニル）ニトロンのキシ
レン溶液を石英ウェハ上に回転塗布して光退色性色素フ
ィルターを形成した以外は実施例１と同様な方法により
試料を作製した。解像性を調べた結果、良好な断面形状
を維持しているレジストパターンの最小線幅は0.7μｍ
であった。

なお、本感光剤溶液を直接レジスト上に塗布した場合
には現像前にはく離する必要があり工程数が増加する。
さらに他のレジスト（例えば富士ハントエレクトロニク
ステクノロジー社製HPR−1182）に本感光剤溶液を塗布
した場合には両者のミキシングが起り中間層を間に設け
る必要がある等、レジストによっては更に工程が繁雑に
なる。

実施例３ ２−（３′−カルボキシ−４′−ヒドロキシスチリ
ル）−Ｎ−メチルピリジウムクロリドの水溶液を石英ウ
ェハ上に回転塗布して光退色性色素フィルターを形成し
実施例１と同様のポジレジストに密着させ開口数0.35、
波長365nmの10対１縮少投影露光装置により露光し現像
してレジストパターンを形成し解像性を調べたところ良
好な断面形状を維持しているレジストパターンの最小線
幅は0.6μｍであった。なお、本感光液をレジスト上に
直接塗布してフィルターを形成した場合現像後のパター
ンがオーバーハングを呈しており、インターレイヤーの
形成が認められた。

〔発明の効果〕

以上説明した通り、本発明のパターン形成方法によれ
ば、従来必要としていた光退色性色素感光膜の塗布及び
はく離といった工程を必要せず、従ってレジストとのミ
キシングやインターレイヤー形成の懸念がない。さらに
光退色性色素フィルターは再生反復作用が可能であり、
極めて実用性に富んで、マスクパターンに忠実な微細レ
ジストパターンを高精度で形成し得るパターン形成方法
を提供できる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明によるパターン形成方法を実施例する装
置の例を示す概念図である。 ７…ウェハ 10…光退色性色素フィルター

Claims (4)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】結像投影方式の紫外線露光技術を用いるホ
   トリソグラフィ工程において、ホトレジスト膜とは独立
   に形成した脱着可能な光退色性色素フィルターを、露光
   時に該ホトレジスト膜に密着させてマスクパターンを転
   写することを特徴とするパターン形成方法。
2. 【請求項２】前記光退色性色素フィルターがフォトクロ
   ミック化合物から成ることを特徴とする特許請求の範囲
   第１項記載のパターン形成方法。
3. 【請求項３】前記フォトクロミック化合物の感光波長域
   が300〜450nmにあり、前記ホトレジスト膜の感光域と重
   なることを特徴とする特許請求の範囲第２項記載のパタ
   ーン形成方法。
4. 【請求項４】前記露光後に前記光退色性色素フィルター
   を脱着して前記ホトレジスト膜を現像することを特徴と
   する特許請求の範囲第１項記載のパターン形成方法。