JP2937159B2 - レジストパターンの形成方法 - Google Patents

レジストパターンの形成方法

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  • Exposure And Positioning Against Photoresist Photosensitive Materials (AREA)
  • Materials For Photolithography (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、半導体基板上に形
成されたフォトレジスト膜を、アンモニア濃度2〜9p
pbの雰囲気中で、所望の半導体集積回路パターンを描
いたレチクルまたはマスクを通して露光し、ベーク(P
EB)処理後に現像液を用いて現像し、矩形な形状を有
するレジストパターンを形成する方法に関する。
【0002】
【従来の技術】化学増幅系レジスト、特に保護型ポリビ
ニルフェノール樹脂と光酸発生剤からなる2成分系ポジ
型レジスト(例えば、特開平4−44045号公報参
照)、もしくはこれに保護型ビスフェノールA等を溶解
抑止剤として添加した3成分系ポジ型レジストでは、雰
囲気中からレジスト膜に侵入してきた塩基性物質(主に
アンモニア)により、露光によって発生した酸がレジス
ト膜表面領域で中和され失活して、後のPEB(ベー
ク)処理反応で脱保護基反応が進行しないので、表面難
溶化層が発生し、そのため図4に示すように、現像後得
られるレジストパターンがT型形状となり、解像性、焦
点深度、あるいは寸法精度が損なわれる等という種々の
不都合な点が問題となる。
【0003】これらの諸問題を解決する方法として、従
来より、いくつかの方法が提案されており、例えば、P
EB処理の雰囲気を不活性ガスに置換し酸失活を防止す
る方法(特開平4−369211号公報参照)、あるい
は、パターン露光から現像までをガス不純物のない雰囲
気で行う方法(特開平6−140299号公報参照)等
が挙げられる。
【0004】とりわけ塗布現像機にケミカルフィルター
を取り付けることにより、アンモニア濃度1ppb未満
の雰囲気下にPEB処理、現像を行うことにより酸失活
を防ぐ方法(特開平7−142312号公報参照)が広
く使われている。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】上記のように、現在、
露光・現像時の雰囲気中のアンモニア濃度を、ケミカル
フィルターにより1ppb未満に制御する方法が主流に
なりつつある。そして、何らかの理由によりケミカルフ
ィルターが機能しなくなったとしても、寸法変動が最小
となるような耐環境性能に優れる化学増幅型レジストが
必要とされている。
【0006】しかしながら、tBOC(t−ブトキシカ
ルボニル)保護型樹脂を用いたレジストをはじめとし
て、これよりも耐環境性能に優れると言われているアセ
タール系保護基を用いたレジストや、アニーリングタイ
プのレジスト(シプレイ社製UVII,UVIII等)でさ
えもアンモニア濃度依存性を完全に克服することは困難
である。
【0007】これらのレジストを、アンモニア濃度10
ppbを越える雰囲気で露光、現像した場合は、tBO
C保護型レジストは、図4に示すように著しいT字型形
状となり、これよりも耐環境性能に優れた系では、表面
難溶化層の発生が少ないが、アンモニア濃度が比較的高
いことは、露光後の引き置き耐性の劣化を招くために好
ましくない。
【0008】また、従来の塗布現像機にケミカルフィル
ターを取り付けてアンモニア濃度1ppb未満でPEB
処理、現像を行うことにより酸失活を防ぐ方法では、過
剰に酸が存在し酸が未露光部に拡散するため、脱保護基
反応が誘発されて、図3に示すようにtBOC保護型レ
ジスト、アセタール系保護基を用いたレジスト、アニー
リングタイプのレジストにおいて、パターンの上部が膜
減りして丸くなり、矩形な形状のパターンを得ることが
できなかった。
【0009】特に微細なパターン形成に対しては、この
ような膜減りに起因するフォトレジストパターンの形状
劣化、ならびに解像性、焦点深度、エッチング耐性等の
劣化は致命的であり、したがって雰囲気制御方法の改善
は必要不可欠のものとされている。
【0010】本発明の目的は、上記の化学増幅型レジス
ト特有のレジスト表面での酸失活に起因する表面難溶化
層の形成を抑制し、現像後のレジストパターンがT型形
状になること、もしくは膜減りすることを防止すること
のできるレジストパターン形成方法を提供することにあ
る。
【0011】さらには、該方法により矩形な形状のレジ
ストパターンを得ることのできる、解像性、焦点深度、
寸法精度の向上した、高集積化されたデバイスパターン
の確保を可能にすることにある。
【0012】
【課題を解決するための手段】上記の目的は、以下に示
す本発明によって達成される。すなわち本発明は、化学
増幅系レジストのパターンを形成する方法において、ア
ンモニア濃度雰囲気を2〜9ppbの範囲に保持してレ
ジストを露光、現像し、パターン形状を矩形に形成する
ことを特徴とするレジストパターンの形成方法を開示す
るものである。
【0013】また、本発明は、前記化学増幅系レジスト
が、tBOC保護型樹脂を用いたもの、アニーリングタ
イプのもの、あるいはアセタール保護基を用いたもので
あることを特徴とする上記本発明のレジストパターンの
形成方法を開示するものである。
【0014】
【発明の実施の形態】本発明による化学増幅型レジスト
のパターン形成方法においては、通常のクリーンルーム
雰囲気(アンモニア濃度約10〜30ppbの範囲)下
で、パターン形成した場合に発生する化学増幅型レジス
トのT型形状をもたらす原因となる表面難溶化層を解消
し、さらには、アンモニア濃度1ppb未満の雰囲気制
御下でパターン形成した場合に発生する化学増幅型レジ
ストのパターンの膜減りを解消して、矩形な形状のレジ
ストパターンのみを得るために、アンモニア濃度2〜9
ppbの範囲の雰囲気下で露光、現像するものである。
【0015】上記のように、雰囲気のアンモニア濃度
を、2〜9ppbの範囲内に制御すると、露光により発
生する過剰な酸がアンモニアによって失活させられるこ
とにより、矩形な形状のパターンを安定して得ることが
可能となるものである。以下、実施例により本発明の実
施態様を詳細に説明するが、本発明がこれらによってな
んら限定されるものではない。
【0016】
【実施例】本発明の詳細を実施例により図面に基づいて
説明する。図1に、雰囲気を制御した塗布、現像、露光
装置を摸式的に示す。101は塗布現像ユニット、10
2は露光機を表わす。塗布現像ユニット101は、通気
孔103から外気を取り込み、取り込まれた気体はケミ
カルフィルター104を通過することにより、気体のア
ンモニア濃度が1ppb未満に制御される。
【0017】次に、アンモニア濃度2〜9ppbのアン
モニアを発生させ、塗布現像ユニットに導入すると、塗
布現像機および露光機の雰囲気は、2〜9ppbのアン
モニア濃度となる。
【0018】[実施例1]tBOC保護型ポリハイドロ
スチレン樹脂、酸発生剤からなる化学増幅系ポジ型レジ
ストを用いて、図2(a)に示すようにウェハー201
上にレジスト膜202を形成し、本発明の上記の方法に
より2〜9ppbのアンモニア濃度(5ppb)に制御
した雰囲気下で、図2(b)に示すように所望の半導体
集積回路パターンを描いたレチクル203を通して、K
rFエキシマレーザー204によって露光した。
【0019】図2(c)に示す露光により発生した酸2
05の一部は、雰囲気中のアンモニア206により失活
させられ、図2(d)に示すような膜減りのない矩形な
形状のパターンが得られた。
【0020】これに対し、従来通りの1ppb未満のア
ンモニア濃度の雰囲気下では、同様の工程を経たもので
も、図3(e)に示すような膜減りした形状のパターン
しか得られなかった。
【0021】また、従来通りの10ppbを越えるアン
モニア濃度の雰囲気下では、同様の工程を経たもので
も、図3(e)に示すような膜減りした形状のパターン
しか得られなかった。
【0022】[実施例2]シプレイ社製のレジストUV
IIHSは、アニーリングタイプのレジストである。アニ
ーリングタイプのレジストは、ウェハーに塗布後にガラ
ス転移温度以上の温度で熱処理して、拡散経路を断つこ
とにより雰囲気中の塩基性物質のレジスト中への侵入を
防ぐので、tBOC型レジストに比べ耐環境性能に優れ
ている。
【0023】実施例1と同様の工程を経て、2〜9pp
bのアンモニア濃度(2ppb)でUVIIHSのパター
ンを形成したところ、図2(d)に示すような矩形な形
状のパターンが得られた。
【0024】これに対し、従来通りの1ppb未満のア
ンモニア濃度の雰囲気下では、同様の工程を経たもので
も、図3(e)に示すような膜減りした形状のパターン
しか得られなかった。
【0025】また、従来通りの10ppbを越えるアン
モニア濃度の雰囲気下では、同様の工程を経たもので
も、図3(e)に示すような膜減りした形状のパターン
しか得られなかった。
【0026】[実施例3]アセタール系のテトラハイド
ロピラニル基により保護されたポリハイドロスチレン樹
脂、酸発生剤からなる化学増幅ポジ型レジストを、実施
例1と同様の工程を経て、2〜9ppbのアンモニア濃
度(9ppb)でパターンを形成したところ、図2
(d)に示すような矩形な形状のパターンが得られた。
【0027】これに対し、従来通りの1ppb未満のア
ンモニア濃度の雰囲気下では、同様の工程を経たもので
も、図3(e)に示すような膜減りした形状のパターン
しか得られなかった。
【0028】また、従来通りの10ppbを越えるアン
モニア濃度の雰囲気下では、同様の工程を経たもので
も、図3(e)に示すような膜減りした形状のパターン
しか得られなかった。
【0029】
【発明の効果】上記のように、本発明の化学増幅型レジ
ストのパターン形成方法は、レジストパターンのT字型
形状および膜減りをほぼ完全に解消することができ、矩
形な形状のレジストパターンを得ることができる。
【0030】レジスト毎に最適な形状が得られるよう
に、アンモニア濃度を2〜9ppbの範囲内で最適化す
ることにより、焦点深度、寸法精度とも大幅な(7%以
上の)向上を図ることができる。
【0031】特に、微細パターン形成に対してはその効
果は大きく、矩形の形状のフォトレジストパターンを再
現性よく形成することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の雰囲気を制御した塗布現像機の概要を
示す摸式図。
【図2】本発明のレジストパターン形成方法の工程説明
図。(但し、(d)はパターン形状を示す摸式断面
図。)
【図3】従来の化学増幅型レジストのパターン形成方法
の工程説明図。(但し、(e)はパターン形状を示す摸
式断面図。)
【図4】従来の化学増幅型レジストのパターン形状を示
す摸式断面図。
【符号の説明】
101 塗布現像機(ユニット) 102 露光機 103 通風孔 104 ケミカルフィルター 201,301,401 ウェハー 202,302 レジスト 203,303 レチクル 204,304 エキシマレーザー 205,305 発生した酸 206 アンモニア 207,306,402 レジストパターン
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.6,DB名) H01L 21/027

Claims (4)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 化学増幅系レジストのパターンを形成す
    る方法において、アンモニア濃度雰囲気を2〜9ppb
    の範囲に保持してレジストを露光、現像し、パターン形
    状を矩形に形成することを特徴とするレジストパターン
    の形成方法。
  2. 【請求項2】 前記化学増幅系レジストが、tBOC保
    護型樹脂を用いたものである請求項1記載のレジストパ
    ターンの形成方法。
  3. 【請求項3】 前記化学増幅系レジストが、アニーリン
    グタイプのものである請求項1記載のレジストパターン
    の形成方法。
  4. 【請求項4】 前記化学増幅系レジストが、アセタール
    保護基を用いたものである請求項1記載のレジストパタ
    ーンの形成方法。
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