JP3035721B2 - 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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JP3035721B2 JP3267672A JP26767291A JP3035721B2 JP 3035721 B2 JP3035721 B2 JP 3035721B2 JP 3267672 A JP3267672 A JP 3267672A JP 26767291 A JP26767291 A JP 26767291A JP 3035721 B2 JP3035721 B2 JP 3035721B2
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祐美 荒井
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  • Photosensitive Polymer And Photoresist Processing (AREA)
  • Materials For Photolithography (AREA)
  • Exposure Of Semiconductors, Excluding Electron Or Ion Beam Exposure (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、LSI、超LSI等の
高密度集積回路、フォトマスク等を製造する際のレジス
トパターンの形成方法に係り、特に微細なパターンを高
精度に形成する方法に関する。
【0002】
【従来の技術】IC、LSI、超LSI等の半導体集積
回路は、シリコーンウエハ等の基板上にレジストを塗布
し、ステッパ等により所望のパターンを露光した後、現
像、エッチング等のいわゆるリソグラフィー工程を繰り
返すことにより製造されている。
【0003】半導体集積回路の高集積化、高性能化はと
どまるところを知らず、パターンの線幅もますます超微
細化、高精度化している。代表的なLSIであるDRA
Mを例にとると、形成されるレジストパターンの線幅
は、1Mビットで1.2μm、4Mビットで0.8μ
m、16Mビットで0.6μm、64Mで0.35μm
とますます微細化が要求されており、露光方法、リソグ
ラフィープロセス、レジスト等の研究が行われている。
【0004】次世代の微細パターンを形成するためのレ
ジストとして、化学増幅型のレジストが開発され、最先
端デバイスの製造に使用されている。化学増幅型レジス
トは、一般的なネガ型で説明すると、クレゾールノボラ
ック樹脂あるいはポリビニルフェノール樹脂のようなベ
ース樹脂と架橋剤及び酸発生剤の混合物からなり、光等
の電離放射線の照射により酸が発生し、発生した酸を触
媒として加熱することにより架橋剤がベース樹脂を架橋
し、未露光部分を現像により除去しネガ型のレジストパ
ターンを形成するものである。このレジストは、クレゾ
ールノボラック樹脂のようなベース樹脂で耐ドライエッ
チング性を、酸発生と熱架橋による化学反応によって高
感度を、非膨潤型のアルカリ現像にて高解像度をそれぞ
れ確保しており、従来両立できなかった耐ドライエッチ
ング性と高感度、高解像度の全てを満足する画期的なレ
ジストである。そして、この化学増幅型のレジストは次
世代のデバイス製造のための露光方法として有力なi
線、エキシマレーザ、電子線、X線用等の種々のものが
開発されている。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記し
た化学増幅型レジストはシリコンウエハ等の基板上では
0.3μmレベルの微細パターンが容易に形成可能であ
るが、アルミニウム膜、SOG(Spin−on−gl
ass)膜及びクロム膜等の上では現像後のレジストパ
ターンの裾部分が食い込み(ネッキング)、垂直な断面
形状を有するレジストパターンが得られないという問題
があった。
【0006】すなわち、図2は従来の化学増幅型レジス
トのレジストパターンの形成方法を示すものであるが、
図2(a)に示すように、基板21上に化学増幅型レジ
ストをスピンコーティング法等により均一に塗布し、6
0〜200℃で5〜60分間程度加熱乾燥処理を施し、
厚さ0.3〜2.0μm程度のレジスト層22を形成す
る。次に、図2(b)に示すように、レジスト層22に
フォトマスクを使用あるいは直接に描画して電子線等に
よってパターンの露光23をする。露光部分24には、
酸発生剤から酸が発生し、加熱によって酸を触媒とした
レジストのベース樹脂の架橋反応を進め、次いで、図2
(c)のように所定の現像液によって現像した後にリン
スしレジストパターン25を得るが、得られるレジスト
パターンは裾部分に食い込み26が生じ、微細なレジス
トパターンが形成できなかったり、形成したレジストパ
ターンをマスクとして基板を加工する際、精度の悪い加
工しかできないといった大きな問題があり、レジストと
しては、種々の優れた特性を有しているものの十分なレ
ジストパターンを形成することはできなかった。
【0007】
【課題を解決するための手段】本発明は、このような状
況に鑑みてなされたものであり、化学増幅型レジストの
ネッキング現象を効果的に防止して、高精度の微細パタ
ーンを安定的に形成する方法を提供することにある。
【0008】すなわち、従来のリソグラフィープロセス
を大幅に変更することなく、化学増幅型レジストを安定
して使用できる方法であり、基板上に化学増幅型レジス
ト薄膜を形成する際に、酸発生剤の濃度の高いレジスト
層を形成し、その上に酸発生剤の濃度が通常のレジスト
層を形成することによって、裾部分の食い込み(ネッキ
ング)を防止し、パターン脱落等の無い高精度の微細パ
ターンを安定して形成するものである。
【0009】架橋反応を引き起こす酸発生剤は、レジス
ト膜中で濃度分布あるいは基板の材質によって酸の発生
が低下し、このために基板界面での架橋密度が低くな
り、基板との界面で食い込み現象が生じるものと考えら
れる。
【0010】そこで、本発明は、レジストの基板との界
面での架橋密度を低下させないために、酸発生剤の濃度
の高い第1のレジスト層を基板面に形成し、その上に通
常の酸発生剤濃度の第2のレジスト層を形成することに
よって、基板界面での架橋密度を高め、ネッキング等を
防止して、基板の種類によって密着性が不安定だった化
学増幅型のレジストを安定的に使用可能としたものであ
る。第1のレジストは、ベース樹脂、架橋剤、酸発生剤
の混合物からなる通常使用されているレジストに酸発生
剤をさらに添加し、また、第2のレジストにはあらかじ
め酸発生剤が配合されたレジストをそのまま使用するこ
とができるが、第1のレジスト、第2のレジストのいず
れも所望の配合によって調整しても良い。
【0011】以下に図面を参照して、本発明のレジスト
パターンの形成方法を説明する。図1(a)に示すよう
に、基板1上に酸発生剤を通常のレジストよりも10〜
50%多く含んだ化学増幅型レジスト(A)をスピンコ
ーティング法等により均一に塗布し、加熱乾燥処理を6
0〜200℃で5〜60分間施し、厚さ0.01〜0.
3μm程度の第1のレジスト層2を形成する。続いてこ
の上に通常の化学増幅型レジスト(B)を同様に塗布
し、加熱乾燥処理を施し、厚さ0.3〜2.0μm程度
の第2のレジスト層3を形成する。また、2層目のレジ
ストが1層目のレジストと相溶性がある場合には、1層
目と2層目の間にポリビニルアルコール等の溶剤がレジ
ストを溶解しない物質からなる混合防止膜の薄膜を設け
ることが好ましい。
【0012】次に、図1(b)に示すように、レジスト
層2、3を電子線等の電離放射線でフォトマスクを介し
て、あるいは直接に描画して露光4する。露光後に加熱
して露光部分5での架橋反応を進め、続いて所定の現像
液で現像し、リンス液でリンスして、図1(c)に示す
ようなレジストパターン6を形成すると、裾部分の食い
込み現象等のないレジストパターンが形成される。
【0013】
【作用】化学増幅型レジスト層の基板面の酸発生剤の濃
度を高くし、レジストパターンの裾部分の食い込み現象
及び解像度の劣化等を防止することができ、従来のリソ
グラフィープロセスを大幅に変更することなく高精度の
レジストパターンを安定して形成することが可能とな
る。
【0014】
【実施例】以下に、本発明の実施例を示し、本発明をさ
らに詳細に説明する。 実施例1 化学研磨された縦、横125mmの高純度合成石英ガラ
ス基板上に、800nm厚のクロム薄膜と400nm厚
の低反射クロム薄膜とを成膜した2層構造のフォトマス
ク基板上に、酸発生剤として、1,1−ビスパラクロロ
2,2,2−トリクロロエタンを15%添加した化学増
幅型レジスト(シプレイ社製 SAL601)をスピン
コーティング法により塗布し、90℃で30分加熱処理
して、厚さ0.2μmの均一なレジスト薄膜を得た。こ
のレジスト薄膜の上にポリビニルアルコールの水溶液を
スピンコーティングにより均一に塗布し、70℃で10
分間加熱して、厚さ50nmのポリビニルアルコールか
ら成る膜を形成した。
【0015】次いで、ポリビニルアルコールの薄膜上
に、酸発生剤を格別には増加させていない化学増幅型レ
ジスト(シプレイ社製 SAL601)をスピンコーテ
ィング法により塗布し、90℃で30分加熱処理して、
厚さ0.5μmの均一なレジスト薄膜を形成した。
【0016】得られたレジスト層を電子線露光装置によ
りパターン描画を行った。この時の加速電圧は20kV
で、露光量は10μC/cm2 で露光した。 続いて、
105℃にて5分間、露光後ベーク(PEB)を行った
後、テトラメチルアンモニウムハイドロオキサイドを主
成分とするアルカリ水溶液にて現像し、純水にてリンス
してレジストパターンを形成した。形成されたレジスト
パターンには、レジストの裾部分が食い込むネッキング
現象が見られず良好なものであった。
【0017】実施例2 アルミニウムを成膜した直径150mmのシリコンウエ
ハ上に、酸発生剤としてトリブロモメチルアリルスルホ
ンを25%添加した化学増幅型レジスト(シプレイ社製
SNR−248)をスピンコーティング法により塗布
し、ホットプレート上で90℃で2分加熱処理して、厚
さ0.15μmの均一なレジスト薄膜を得た。続いて、
このレジスト薄膜の上にポリビニルアルコールの水溶液
をスピンコーティングにより均一に塗布し、ホットプレ
ート上で70℃で1分間加熱して、厚さ50nmのポリ
ビニルアルコールから成る膜を形成した。続いてこの上
に、化学増幅型レジスト(シプレイ社製 SNR−24
8)をスピンコーティング法により塗布し、ホットプレ
ート上にて100℃で2分間、加熱処理して、厚さ1.
0μmの均一なレジスト薄膜を得た。
【0018】次に、得られたレジスト層に、電子線露光
装置により加速電圧20kV、露光量は4μC/cm2
で露光してパターン描画を行った。
【0019】次いで、140℃で60秒間露光後ベーク
処理をした後、テトラメチルアンモニウムハイドロオキ
サイドを主成分とするアルカリ水溶液にて現像し、純水
にてリンスして、レジストパターンを形成した。形成さ
れたレジストパターンを走査型電子顕微鏡で観察した結
果、0.35μmの線幅および間隔を有する基板面に垂
直なパターンが形成された。
【0020】比較例1 化学研磨された縦、横125mmの高純度合成石英ガラ
ス基板上に、800nm厚のクロム薄膜と400nm厚
の低反射クロム薄膜の2層構造をしたフォトマスク基板
上に、化学増幅型レジスト(シプレイ社製 SAL60
1)をスピンコーティング法により塗布し、90℃で3
0分加熱処理して厚さ1.0μmの均一なレジスト薄膜
を得た。
【0021】次に、これらの基板に、電子線露光装置に
よりパターン描画を行った。この時の加速電圧は20k
Vで、露光量は10μC/cm2 で露光した。 続い
て、105℃にて5分間、露光後ベークを行った後、テ
トラメチルアンモニウムハイドロオキサイド主成分とす
るアルカリ水溶液にて現像し、純水にてリンスしてレジ
ストパターンを形成した。形成されたレジストパターン
の断面を走査型電子顕微鏡で観察したところ、レジスト
パターンの裾部分が食い込んでおり、またレジストの剥
離も生じていた。
【0022】
【発明の効果】本発明のレジストパターンの形成方法で
は、基板面に接した側に架橋密度の高いレジスト層を形
成し、その上には通常の架橋密度のレジスト層を形成す
ることによって、レジストの裾部分での食い込み現象を
防止し、高精度のレジストパターンを安定して形成する
ことが、従来のリソグラフィープロセスを大幅に変更す
ることなく実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明のレジストパターンの形成工程を示す
図。
【図2】従来のレジストパターンの形成工程を示す図。
【符号の説明】
1…基板、2…第1のレジスト層、3…第2のレジスト
層、4…露光、5…露光部分、6…レジストパターン、
21…基板、22…レジスト層、23…露光、24…露
光部分、25…レジストパターン、26…食い込み
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 平2−290012(JP,A) 特開 昭63−311343(JP,A) (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) G03F 7/00 - 7/42

Claims (4)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 基板上にレジストパターンを形成する方
    法において、基板面に露光によって架橋反応する第1の
    レジストを塗布した後に、第1のレジスト上に露光によ
    って架橋反応する第2のレジストを塗布し、レジストパ
    ターンの露光によって第1のレジスト層の架橋密度を第
    2のレジスト層の架橋密度よりも大きくした第1のレジ
    スト層と第2のレジスト層からなるレジストパターンを
    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】 第1のレジストと第2のレジストが化学
    増幅型レジストであることを特徴とする請求項1記載の
    レジストパターンの形成方法。
  3. 【請求項3】 第1のレジストの酸発生剤の濃度が第2
    のレジストよりも大きいことを特徴とする請求項2記載
    のレジストパターンの形成方法。
  4. 【請求項4】 第1のレジスト層と第2のレジスト層の
    間には、両レジストの混合を防止する混合防止膜を設け
    たことを特徴とする請求項1記載のレジストパターンの
    形成方法。
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US11784046B2 (en) * 2020-03-30 2023-10-10 Taiwan Semiconductor Manufacturing Co., Ltd. Method of manufacturing a semiconductor device
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