JP3152201B2 - 化学増幅系レジストのパターン形成方法 - Google Patents
化学増幅系レジストのパターン形成方法Info
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Description
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、半導体集積回路の
製造工程において行われるレジストパターン形成方法に
係り、特に、化学増幅系レジストを用いたレジストパタ
ーン形成方法に関する。
製造工程において行われるレジストパターン形成方法に
係り、特に、化学増幅系レジストを用いたレジストパタ
ーン形成方法に関する。
【0002】
【従来の技術】従来、レジストパターンの形成方法は、
半導体基板上に形成されたフォトレジスト膜を、所望の
半導体集積回路パターンを描いたレクチル又はマスクを
通して露光し、露光後ベーク処理し、その後現像液を用
いて現像し、フォトレジストパターンを形成するもので
あった。そして、従来のフォトレジストパターン形成技
術の主力は、その露光光にg線(436nm),i線(365n
m)を用いる露光装置とノボラック系レジストとを組み
合わせた露光技術であった。
半導体基板上に形成されたフォトレジスト膜を、所望の
半導体集積回路パターンを描いたレクチル又はマスクを
通して露光し、露光後ベーク処理し、その後現像液を用
いて現像し、フォトレジストパターンを形成するもので
あった。そして、従来のフォトレジストパターン形成技
術の主力は、その露光光にg線(436nm),i線(365n
m)を用いる露光装置とノボラック系レジストとを組み
合わせた露光技術であった。
【0003】しかし、LSIデバイスの高集積化に伴
い、より微細化に有利な遠紫外光であるエキシマレーザ
ー光(248nm,193nm)を利用したリソグラフィーが必
要となり、そのレジストとして、従来の“ノボラック系
レジスト”を使用すると、光吸収が大きく、良好なレジ
スト形状が得られず、感度も大きく低下するという状況
であった。そこで、「光酸発生剤から発生する酸の酸触
媒反応を利用した“化学増幅系レジスト”」が提案さ
れ、短波長光リソグラフィー用レジストや電子線リソグ
ラフィー用レジストとして使用されるのが主流になって
きている。
い、より微細化に有利な遠紫外光であるエキシマレーザ
ー光(248nm,193nm)を利用したリソグラフィーが必
要となり、そのレジストとして、従来の“ノボラック系
レジスト”を使用すると、光吸収が大きく、良好なレジ
スト形状が得られず、感度も大きく低下するという状況
であった。そこで、「光酸発生剤から発生する酸の酸触
媒反応を利用した“化学増幅系レジスト”」が提案さ
れ、短波長光リソグラフィー用レジストや電子線リソグ
ラフィー用レジストとして使用されるのが主流になって
きている。
【0004】化学増幅系レジストは、少なくとも、水酸
基の一部が疎水性のアルキル基(保護基)で置換されたポ
リヒドロキシスチレン樹脂と光酸発生剤とから構成され
ており(例えば、特開 平4-44045号公報,特開平5-80516
号公報参照)、このような化学増幅系レジストを用いた
膜(化学増幅系レジスト膜)は、露光を受けると、光酸発
生剤から酸が発生し、酸触媒反応によって脱保護基反応
が起こり、保護基がポリヒドロキシスチレン樹脂から外
れて樹脂が親水性となり、現像液に可溶となる。
基の一部が疎水性のアルキル基(保護基)で置換されたポ
リヒドロキシスチレン樹脂と光酸発生剤とから構成され
ており(例えば、特開 平4-44045号公報,特開平5-80516
号公報参照)、このような化学増幅系レジストを用いた
膜(化学増幅系レジスト膜)は、露光を受けると、光酸発
生剤から酸が発生し、酸触媒反応によって脱保護基反応
が起こり、保護基がポリヒドロキシスチレン樹脂から外
れて樹脂が親水性となり、現像液に可溶となる。
【0005】上記のように、化学増幅系レジスト膜は、
酸の触媒反応を利用しているため、露光により発生した
酸がレジスト膜表面領域で蒸散により消失したり、ある
いは空気中の塩基で中和されて失活し、レジスト膜中の
酸濃度が減少したりすると、可溶化反応(脱保護基反応)
が十分に進行せず、表面難溶化層が形成され、そのた
め、解像性,焦点深度,寸法精度が損なわれるという問
題が生じる。
酸の触媒反応を利用しているため、露光により発生した
酸がレジスト膜表面領域で蒸散により消失したり、ある
いは空気中の塩基で中和されて失活し、レジスト膜中の
酸濃度が減少したりすると、可溶化反応(脱保護基反応)
が十分に進行せず、表面難溶化層が形成され、そのた
め、解像性,焦点深度,寸法精度が損なわれるという問
題が生じる。
【0006】上記問題点について、図6を参照して、更
に説明する。なお、図6は、従来の化学増幅系レジスト
を用いたレジストパターンの模式的断面図である。従来
の化学増幅系レジストを用いたレジスト膜において、前
記したように、該レジスト膜中の酸が消失ないしは失活
して酸濃度が減少すると、可溶化反応(脱保護基反応)が
十分に進行せず、表面難溶化層が形成され、図6に示す
ように、現像後に得られるウェハー601上のレジストパ
ターン602が“T型形状”になり、解像性,焦点深度,
寸法精度が損なわれることになる。
に説明する。なお、図6は、従来の化学増幅系レジスト
を用いたレジストパターンの模式的断面図である。従来
の化学増幅系レジストを用いたレジスト膜において、前
記したように、該レジスト膜中の酸が消失ないしは失活
して酸濃度が減少すると、可溶化反応(脱保護基反応)が
十分に進行せず、表面難溶化層が形成され、図6に示す
ように、現像後に得られるウェハー601上のレジストパ
ターン602が“T型形状”になり、解像性,焦点深度,
寸法精度が損なわれることになる。
【0007】この問題を解決する手段として、従来より
いくつかの方法が提案されており、例えば、ベーク処理
時の雰囲気を不活性ガスで置換し、酸失活を防止する方
法が知られている(特開平4-369211号公報参照)。
いくつかの方法が提案されており、例えば、ベーク処理
時の雰囲気を不活性ガスで置換し、酸失活を防止する方
法が知られている(特開平4-369211号公報参照)。
【0008】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、従来の
前記した「酸失活を防止する方法」では、ベーク処理時
における酸の失活それ自体が抑制し得るとしても、酸の
蒸散を防止することができない。そして、露光後ベーク
処理による酸の蒸散によりレジスト表面領域の酸濃度が
減少すると、従来の前記方法においても、“表面難溶化
層の形成”を防止することができず、現像後のレジスト
パターン形状が“T型”(前掲の図6のレジストパター
ン602参照)になりやすいという欠点を有している。
前記した「酸失活を防止する方法」では、ベーク処理時
における酸の失活それ自体が抑制し得るとしても、酸の
蒸散を防止することができない。そして、露光後ベーク
処理による酸の蒸散によりレジスト表面領域の酸濃度が
減少すると、従来の前記方法においても、“表面難溶化
層の形成”を防止することができず、現像後のレジスト
パターン形状が“T型”(前掲の図6のレジストパター
ン602参照)になりやすいという欠点を有している。
【0009】ところで、微細パターン形成において、上
記の“表面難溶化層の形成”に起因するレジストパター
ンの形状劣化,解像性,焦点深度,寸法精度の劣化は、
致命的であり、この問題を解決するためには、酸の蒸散
を防ぐようなパターン形成方法が必要となる。
記の“表面難溶化層の形成”に起因するレジストパター
ンの形状劣化,解像性,焦点深度,寸法精度の劣化は、
致命的であり、この問題を解決するためには、酸の蒸散
を防ぐようなパターン形成方法が必要となる。
【0010】本発明は、上記欠点,問題点に鑑みなされ
たものであって、その目的とするところは、化学増幅系
レジストを使用する場合に生じる特有の、前記した“レ
ジスト表面での酸蒸散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
ことを防止することが可能なレジストパターンの形成方
法を提供することにある。そして、これにより、矩形な
レジストパターンを得ることができ、解像性,焦点深
度,寸法精度が向上し、半導体デバイスの高集積化が可
能になるレジストパターン形成方法を提供することがで
きるものである。
たものであって、その目的とするところは、化学増幅系
レジストを使用する場合に生じる特有の、前記した“レ
ジスト表面での酸蒸散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
ことを防止することが可能なレジストパターンの形成方
法を提供することにある。そして、これにより、矩形な
レジストパターンを得ることができ、解像性,焦点深
度,寸法精度が向上し、半導体デバイスの高集積化が可
能になるレジストパターン形成方法を提供することがで
きるものである。
【0011】
【課題を解決するための手段】本発明は、後に詳記する
ように、「露光前のレジスト膜中の残存溶媒量,露光後
ベーク処理の際の酸の蒸散量が、形成されるレジストパ
ターンの形状に影響を与える」という事実に着目したも
のであって、 ・レジスト膜中の残存溶媒量が1vol%以下になるよう
に露光前ベーク処理を行うこと、を特徴とし、このよう
に、露光前ベーク処理により残存溶媒量を1vol%以下
にすることによって、 ・酸の蒸散量が10%以下で露光後ベーク処理をするこ
とができること、を特徴としている。
ように、「露光前のレジスト膜中の残存溶媒量,露光後
ベーク処理の際の酸の蒸散量が、形成されるレジストパ
ターンの形状に影響を与える」という事実に着目したも
のであって、 ・レジスト膜中の残存溶媒量が1vol%以下になるよう
に露光前ベーク処理を行うこと、を特徴とし、このよう
に、露光前ベーク処理により残存溶媒量を1vol%以下
にすることによって、 ・酸の蒸散量が10%以下で露光後ベーク処理をするこ
とができること、を特徴としている。
【0012】即ち、本発明の請求項1に係る発明は、
「酸触媒により極性が変化するポリヒドロキシスチレン
樹脂と露光光により酸を発生する光酸発生剤とを少なく
とも含有する化学増幅系レジストを用いたパターン形成
方法において、レジスト膜中の残存溶媒量が1vol%以
下になるように露光前ベーク処理を行うことを特徴とす
る化学増幅系レジストのパターン形成方法。」を要旨
(発明を特定する事項)とし、また、本発明の請求項2に
係る発明は、「請求項1記載の化学増幅系レジストを用
いたパターン形成方法において、酸の蒸散量が10%以
下で露光後ベーク処理を行うこと。」を特徴とする。
「酸触媒により極性が変化するポリヒドロキシスチレン
樹脂と露光光により酸を発生する光酸発生剤とを少なく
とも含有する化学増幅系レジストを用いたパターン形成
方法において、レジスト膜中の残存溶媒量が1vol%以
下になるように露光前ベーク処理を行うことを特徴とす
る化学増幅系レジストのパターン形成方法。」を要旨
(発明を特定する事項)とし、また、本発明の請求項2に
係る発明は、「請求項1記載の化学増幅系レジストを用
いたパターン形成方法において、酸の蒸散量が10%以
下で露光後ベーク処理を行うこと。」を特徴とする。
【0013】そして、前記請求項1に係る発明におい
て、「レジスト膜中の残存溶媒量が1vol%以下になる
ように露光前ベーク処理を行う手段」として、・露光前
ベーク処理温度を高くすること(請求項3)、・露光前ベ
ーク処理時間を長くすること(請求項4)、を特徴とす
る。
て、「レジスト膜中の残存溶媒量が1vol%以下になる
ように露光前ベーク処理を行う手段」として、・露光前
ベーク処理温度を高くすること(請求項3)、・露光前ベ
ーク処理時間を長くすること(請求項4)、を特徴とす
る。
【0014】さらに、本発明(請求項1〜4に係る発明)
における“化学増幅系レジスト”としては、「芳香族ス
ルホン酸を発生する光酸発生剤を含有すること」(請求
項5)を特徴とし、また、この化学増幅系レジストの溶
媒が「エチルラクテート」または「プロピレングリコー
ルモノメチルエーテルアセテート」であることを特徴と
する(請求項6,7)。
における“化学増幅系レジスト”としては、「芳香族ス
ルホン酸を発生する光酸発生剤を含有すること」(請求
項5)を特徴とし、また、この化学増幅系レジストの溶
媒が「エチルラクテート」または「プロピレングリコー
ルモノメチルエーテルアセテート」であることを特徴と
する(請求項6,7)。
【0015】本発明に係る化学増幅系レジストのパター
ン形成方法によれば、露光前ベーク(プリベーク)処理後
のレジスト膜中の残存溶媒量を“1vol%以下”にする
ことにより、露光後ベーク(PEB)処理の際の酸の蒸散
量を「レジスト膜中に発生した全酸量の“10%以下”」
にすることができる。このことにより、レジスト表面領
域の酸濃度の減少が抑えられ、レジストパターンがT型
形状になることを防止することができ、その結果、矩形
なレジストパターンが得られ、解像性,焦点深度,寸法
精度が向上し、半導体デバイスの高集積化が可能になる
作用効果が生じる。
ン形成方法によれば、露光前ベーク(プリベーク)処理後
のレジスト膜中の残存溶媒量を“1vol%以下”にする
ことにより、露光後ベーク(PEB)処理の際の酸の蒸散
量を「レジスト膜中に発生した全酸量の“10%以下”」
にすることができる。このことにより、レジスト表面領
域の酸濃度の減少が抑えられ、レジストパターンがT型
形状になることを防止することができ、その結果、矩形
なレジストパターンが得られ、解像性,焦点深度,寸法
精度が向上し、半導体デバイスの高集積化が可能になる
作用効果が生じる。
【0016】
【発明の実施の形態】以下、本発明の実施形態について
説明するが、それに先立って、本発明者等が行った実験
[露光前のレジスト膜中の残存溶媒量,露光後ベーク処
理の際の酸の蒸散量が“形成されるレジストパターンの
形状に影響する”という事実を確認する実験]について
説明する。
説明するが、それに先立って、本発明者等が行った実験
[露光前のレジスト膜中の残存溶媒量,露光後ベーク処
理の際の酸の蒸散量が“形成されるレジストパターンの
形状に影響する”という事実を確認する実験]について
説明する。
【0017】本発明者等は、まず、形成されるレジスト
パターンの断面形状が“T型形状”(前掲の図6のレジ
ストパターン602参照)となる原因について調べるため
に、レジストとして ・保護基にt−ブトキシカルボニル基(t−BOC基)を
持つヒドロキシスチレン樹脂と、ベンゼンスルホン酸を
発生する光酸発生剤からなる“2成分系の化学増幅系レ
ジスト”を用い、また、このレジストの溶媒として、 ・プロピレングリコールモノメチルエーテルアセテート
(PGMEA),エチルラクテート(EL)を用いて、次の
実験1〜5を行った。
パターンの断面形状が“T型形状”(前掲の図6のレジ
ストパターン602参照)となる原因について調べるため
に、レジストとして ・保護基にt−ブトキシカルボニル基(t−BOC基)を
持つヒドロキシスチレン樹脂と、ベンゼンスルホン酸を
発生する光酸発生剤からなる“2成分系の化学増幅系レ
ジスト”を用い、また、このレジストの溶媒として、 ・プロピレングリコールモノメチルエーテルアセテート
(PGMEA),エチルラクテート(EL)を用いて、次の
実験1〜5を行った。
【0018】なお、以下の実験1〜5において、レジス
トとして前記“2成分系の化学増幅系レジスト”を用い
たものであって、溶媒として“プロピレングリコールモ
ノメチルエーテルアセテート(PGMEA)”を用いたレ
ジストを「PGMEAレジスト」と略称し、“エチルラ
クテート(EL)”を用いたレジストを「ELレジスト」
と略称する。また、露光前ベーク処理を「プリベーク処
理」と言い、露光後ベーク処理を「PEB処理」と言
う。
トとして前記“2成分系の化学増幅系レジスト”を用い
たものであって、溶媒として“プロピレングリコールモ
ノメチルエーテルアセテート(PGMEA)”を用いたレ
ジストを「PGMEAレジスト」と略称し、“エチルラ
クテート(EL)”を用いたレジストを「ELレジスト」
と略称する。また、露光前ベーク処理を「プリベーク処
理」と言い、露光後ベーク処理を「PEB処理」と言
う。
【0019】[実験1]PGMEAレジストをシリコン
基板上にスピンコートし、90℃で90秒間プリベーク処理
を行った。このウェハーに、塩基性不純物の無い雰囲気
下(ケミカルフイルタで塩基性不純物を除去した雰囲気
下)で、KrFエキシマレーザーステッパーにてテスト
パターンを露光し、100℃で90秒間PEB処理を行い、
その後、現像処理を行った。得られたパターンの断面形
状をSEMにて確認したところ、前掲の図6に示したよ
うな“T型形状”となっていたことが確認された。
基板上にスピンコートし、90℃で90秒間プリベーク処理
を行った。このウェハーに、塩基性不純物の無い雰囲気
下(ケミカルフイルタで塩基性不純物を除去した雰囲気
下)で、KrFエキシマレーザーステッパーにてテスト
パターンを露光し、100℃で90秒間PEB処理を行い、
その後、現像処理を行った。得られたパターンの断面形
状をSEMにて確認したところ、前掲の図6に示したよ
うな“T型形状”となっていたことが確認された。
【0020】この実験1では、塩基性不純物の無い雰囲
気下で行っているので、T型形状の発生原因は、塩基性
不純物による“酸の失活”ではなく、“酸の蒸散”であ
ると考えられる。
気下で行っているので、T型形状の発生原因は、塩基性
不純物による“酸の失活”ではなく、“酸の蒸散”であ
ると考えられる。
【0021】[実験2]そこで、酸の蒸散性についての
知見を得るために、PGMEAレジスト,ELレジスト
の各レジストを用いた場合について、「露光条件(露光
量:10mJ/cm2,20mJ/cm2,50mJ/cm2,100mJ/cm2)」に
対する「プリベーク処理の処理条件(処理温度:110℃,
90℃,70℃)と、PEB処理の有(処理温度:100℃)・無
との場合」における「レジスト膜中の“酸量(mol/
m3)”」を測定した。なお、レジスト膜中の酸量の測定
は、テトラブロモフェノールブルーを酸指示薬とする比
色法にて行った。
知見を得るために、PGMEAレジスト,ELレジスト
の各レジストを用いた場合について、「露光条件(露光
量:10mJ/cm2,20mJ/cm2,50mJ/cm2,100mJ/cm2)」に
対する「プリベーク処理の処理条件(処理温度:110℃,
90℃,70℃)と、PEB処理の有(処理温度:100℃)・無
との場合」における「レジスト膜中の“酸量(mol/
m3)”」を測定した。なお、レジスト膜中の酸量の測定
は、テトラブロモフェノールブルーを酸指示薬とする比
色法にて行った。
【0022】得られた結果を図2,図3に示す。なお、
図2,図3は、実験2の結果をグラフ化したものであっ
て、露光量とレジスト膜中の酸量との関係を示す図であ
り、このうち図2は、PGMEAレジストの場合であ
り、図3は、ELレジストの場合である。
図2,図3は、実験2の結果をグラフ化したものであっ
て、露光量とレジスト膜中の酸量との関係を示す図であ
り、このうち図2は、PGMEAレジストの場合であ
り、図3は、ELレジストの場合である。
【0023】この実験2の測定結果を示す図2,図3か
ら、(a) レジスト膜中の“酸量”は、PEB処理によ
り減少すること(これは、PEB処理により“酸の蒸
散”が起こっていることを示している)、(b) プリベ
ーク処理の処理温度が低いほどPEB処理後のレジスト
膜中の酸の減少量が大きいこと(つまり、酸の蒸散が大
きいこと)、(c) PGMEAレジストを用いる場合と
ELレジストを用いる場合とでは、PGMEAを溶媒と
して用いる場合の方が、ELを溶媒として用いる場合に
比して、PEB処理後のレジスト膜中の酸の減少量が大
きいこと(つまり、酸の蒸散が大きいこと)、が分かっ
た。
ら、(a) レジスト膜中の“酸量”は、PEB処理によ
り減少すること(これは、PEB処理により“酸の蒸
散”が起こっていることを示している)、(b) プリベ
ーク処理の処理温度が低いほどPEB処理後のレジスト
膜中の酸の減少量が大きいこと(つまり、酸の蒸散が大
きいこと)、(c) PGMEAレジストを用いる場合と
ELレジストを用いる場合とでは、PGMEAを溶媒と
して用いる場合の方が、ELを溶媒として用いる場合に
比して、PEB処理後のレジスト膜中の酸の減少量が大
きいこと(つまり、酸の蒸散が大きいこと)、が分かっ
た。
【0024】[実験3]次に、PGMEAレジスト,E
Lレジスト各レジストを用いた場合について、プリベー
ク処理の処理温度とレジスト膜中に残存している溶媒量
との関係について調べた。なお、残存溶媒量の測定は、
ガスクロマトグラフ質量分析法(GC−MS法)にて行っ
た。得られた結果を図4に示す。なお、図4は、実験3
の結果をグラフ化したものであって、プリベーク温度と
レジスト膜中の残存溶媒量との関係を示す図である。
Lレジスト各レジストを用いた場合について、プリベー
ク処理の処理温度とレジスト膜中に残存している溶媒量
との関係について調べた。なお、残存溶媒量の測定は、
ガスクロマトグラフ質量分析法(GC−MS法)にて行っ
た。得られた結果を図4に示す。なお、図4は、実験3
の結果をグラフ化したものであって、プリベーク温度と
レジスト膜中の残存溶媒量との関係を示す図である。
【0025】この実験3の測定結果を示す図4から、
(d) プリベーク処理温度が高いほど、プリベーク処理
後のレジスト膜中の残存溶媒量が少ないこと、換言すれ
ば、プリベーク処理温度が低いほど、プリベーク処理後
のレジスト膜中の残存溶媒量が多いこと、(e) EL溶
媒を用いる場合の方が、PGMEA溶媒を用いる場合よ
りも、プリベーク処理後のレジスト膜中の残存溶媒量が
少ないこと、が分かった。
(d) プリベーク処理温度が高いほど、プリベーク処理
後のレジスト膜中の残存溶媒量が少ないこと、換言すれ
ば、プリベーク処理温度が低いほど、プリベーク処理後
のレジスト膜中の残存溶媒量が多いこと、(e) EL溶
媒を用いる場合の方が、PGMEA溶媒を用いる場合よ
りも、プリベーク処理後のレジスト膜中の残存溶媒量が
少ないこと、が分かった。
【0026】[実験4]次に、プリベーク処理後のレジ
スト膜中の“残存溶媒量”と、PEB処理の際の“酸の
蒸散量”との関係を調べた。その結果を図5に示す。図
5より、PEB処理の際の“酸の蒸散量”は、溶媒の種
類(PGMEA,EL)によって異なるが、いずれもプリ
ベーク処理後のレジスト膜中の残存溶媒量にほぼ比例す
ること、そして、“残存溶媒量”が少ないほど“酸の蒸
散量”が少ないことが分かった。
スト膜中の“残存溶媒量”と、PEB処理の際の“酸の
蒸散量”との関係を調べた。その結果を図5に示す。図
5より、PEB処理の際の“酸の蒸散量”は、溶媒の種
類(PGMEA,EL)によって異なるが、いずれもプリ
ベーク処理後のレジスト膜中の残存溶媒量にほぼ比例す
ること、そして、“残存溶媒量”が少ないほど“酸の蒸
散量”が少ないことが分かった。
【0027】以上の実験1〜4より「プリベーク処理後
のレジスト膜中の残存溶媒量が、PEB処理の際の酸の
蒸散性に影響を与えていること」が明らかとなった。特
に、実験4の結果を示す図5の「“残存溶媒量”に対す
る“酸の蒸散量”のプロット」を残存溶媒量の少ない側
に延長してみると、残存溶媒量が“1vol%以下”で
は、酸の蒸散量が“10%以下”となることが分かっ
た。
のレジスト膜中の残存溶媒量が、PEB処理の際の酸の
蒸散性に影響を与えていること」が明らかとなった。特
に、実験4の結果を示す図5の「“残存溶媒量”に対す
る“酸の蒸散量”のプロット」を残存溶媒量の少ない側
に延長してみると、残存溶媒量が“1vol%以下”で
は、酸の蒸散量が“10%以下”となることが分かっ
た。
【0028】[実験5]上述のようにして得られた知見
を元にして、T型形状とプリベーク処理後のレジスト膜
中の残存溶媒量との関係をELレジストで調べた。その
結果、残存溶媒量が少なくなるほどT型形状が矩形形状
に近くなること、特に、該残存溶媒量が“1Vol%以
下”である時に、図1に示されるような完全に矩形形状
の優れたレジストパターンが得られることが分かった。
なお、このときのPEB処理の際の“酸蒸散量”は、前
掲の図5から、前記したとおり、露光により発生した全
酸量の“10%以下”であることが認められる。
を元にして、T型形状とプリベーク処理後のレジスト膜
中の残存溶媒量との関係をELレジストで調べた。その
結果、残存溶媒量が少なくなるほどT型形状が矩形形状
に近くなること、特に、該残存溶媒量が“1Vol%以
下”である時に、図1に示されるような完全に矩形形状
の優れたレジストパターンが得られることが分かった。
なお、このときのPEB処理の際の“酸蒸散量”は、前
掲の図5から、前記したとおり、露光により発生した全
酸量の“10%以下”であることが認められる。
【0029】本発明は、以上の知見に基づいてなされた
ものであって、酸触媒により極性が変化するポリヒドロ
キシスチレン樹脂と露光光により酸を発生する光酸発生
剤とを含有する化学増幅系レジストを用いたパターン形
成方法において、・レジスト膜中の残存溶媒量が1vol
%以下になるようにプリベーク処理を行うこと、を特徴
とし、そして、酸の蒸散量が10%以下でPEB処理を
行うことができる点を特徴とするものである。
ものであって、酸触媒により極性が変化するポリヒドロ
キシスチレン樹脂と露光光により酸を発生する光酸発生
剤とを含有する化学増幅系レジストを用いたパターン形
成方法において、・レジスト膜中の残存溶媒量が1vol
%以下になるようにプリベーク処理を行うこと、を特徴
とし、そして、酸の蒸散量が10%以下でPEB処理を
行うことができる点を特徴とするものである。
【0030】本発明において、“レジスト膜中の残存溶
媒量が1vol%以下になるようにプリベーク処理を行
う”方法としては、 i) プリベーク処理温度を高くし短時間にプリベーク処
理する方法、 ii) プリベーク処理温度を低くし時間を長くかけてプリ
ベーク処理する方法、のいずれかの方法を採用すること
ができる。
媒量が1vol%以下になるようにプリベーク処理を行
う”方法としては、 i) プリベーク処理温度を高くし短時間にプリベーク処
理する方法、 ii) プリベーク処理温度を低くし時間を長くかけてプリ
ベーク処理する方法、のいずれかの方法を採用すること
ができる。
【0031】但し、上記i)の方法において、プリベー
ク処理温度をあまり高くすると、本発明で使用する“酸
触媒により極性が変化する(保護基で置換された)ポリヒ
ドロキシスチレン樹脂”が熱分解するので好ましくな
い。したがって、プリベーク処理温度の上限は、この熱
分解が生じない温度であって、使用する上記ポリヒドロ
キシスチレン樹脂の種類によって相違するが、140℃未
満が好ましい。また、上記ii)の方法において、処理時
間としては、使用する溶媒の種類などによって異なる
が、90〜180秒が好ましい。
ク処理温度をあまり高くすると、本発明で使用する“酸
触媒により極性が変化する(保護基で置換された)ポリヒ
ドロキシスチレン樹脂”が熱分解するので好ましくな
い。したがって、プリベーク処理温度の上限は、この熱
分解が生じない温度であって、使用する上記ポリヒドロ
キシスチレン樹脂の種類によって相違するが、140℃未
満が好ましい。また、上記ii)の方法において、処理時
間としては、使用する溶媒の種類などによって異なる
が、90〜180秒が好ましい。
【0032】しかし、本発明では、上述した処理温度お
よび処理時間に限定されるものでなく、処理温度として
は、上記した熱分解が生じない温度とすべきであるが、
この熱分解が生じない温度範囲であれば任意の温度とす
ることができ、また、処理時間も任意である。要する
に、本発明では、「残存溶媒量を1vol%まで減少させ
る」ことができ得る限り、上記熱分解温度を除き任意の
処理温度,処理時間とすることができ、この処理温度,
処理時間は、上記ポリヒドロキシスチレン樹脂の種類や
溶媒の種類,レジストの含有割合などによって適宜選定
することができる。
よび処理時間に限定されるものでなく、処理温度として
は、上記した熱分解が生じない温度とすべきであるが、
この熱分解が生じない温度範囲であれば任意の温度とす
ることができ、また、処理時間も任意である。要する
に、本発明では、「残存溶媒量を1vol%まで減少させ
る」ことができ得る限り、上記熱分解温度を除き任意の
処理温度,処理時間とすることができ、この処理温度,
処理時間は、上記ポリヒドロキシスチレン樹脂の種類や
溶媒の種類,レジストの含有割合などによって適宜選定
することができる。
【0033】本発明において使用される“酸触媒により
極性が変化するポリヒドロキシスチレン樹脂”として
は、アルコキシ基置換されたカルボニルオキシスチレン
樹脂,トリメチルシリル化されたポリオキシスチレン,
テトラヒドロピラニル置換されたスチレン,1−(エト
キシ)−エトキシスチレンなどのアセタ−ル基で保護さ
れたフェノ−ル樹脂等を挙げることができる。
極性が変化するポリヒドロキシスチレン樹脂”として
は、アルコキシ基置換されたカルボニルオキシスチレン
樹脂,トリメチルシリル化されたポリオキシスチレン,
テトラヒドロピラニル置換されたスチレン,1−(エト
キシ)−エトキシスチレンなどのアセタ−ル基で保護さ
れたフェノ−ル樹脂等を挙げることができる。
【0034】また、本発明において使用される“露光光
により酸を発生する光酸発生剤”としては、ベンゼンジ
アゾニウム塩,ジフェニルヨ−ドニウム塩,トリフェニ
ルスルホニウム塩などのオニウム塩、トリクロロメチル
トリアジン等のハロゲン化有機化合物、ビス−(ベンゼ
ンスルホニル)などのジアゾメタン系光酸発生剤等を挙
げることができる。
により酸を発生する光酸発生剤”としては、ベンゼンジ
アゾニウム塩,ジフェニルヨ−ドニウム塩,トリフェニ
ルスルホニウム塩などのオニウム塩、トリクロロメチル
トリアジン等のハロゲン化有機化合物、ビス−(ベンゼ
ンスルホニル)などのジアゾメタン系光酸発生剤等を挙
げることができる。
【0035】更に、本発明において使用される“レジス
ト溶媒”としては、前記したプロピレングリコールモノ
メチルエーテルアセテート(PGMEA),エチルラクテ
ート(EL)以外に、3−メトキシプロピオン酸メチル,
2−ヘプタノン,エチルセルソルブアセテート,ジエチ
レングリコールジメチルエーテル等を使用することがで
きる。
ト溶媒”としては、前記したプロピレングリコールモノ
メチルエーテルアセテート(PGMEA),エチルラクテ
ート(EL)以外に、3−メトキシプロピオン酸メチル,
2−ヘプタノン,エチルセルソルブアセテート,ジエチ
レングリコールジメチルエーテル等を使用することがで
きる。
【0036】本発明において、“化学増幅系レジスト”
としては、上記“酸触媒により極性が変化するポリヒド
ロキシスチレン樹脂”と“露光光により酸を発生する光
酸発生剤”の他に、露光前はアルカリ溶液に不溶である
が、露光により発生した酸により分解され溶解が促進さ
れる“第3成分”を加えることもできる。このような第
3成分としては、コ−ル酸,t−ブチルエステル等を挙
げることができる。
としては、上記“酸触媒により極性が変化するポリヒド
ロキシスチレン樹脂”と“露光光により酸を発生する光
酸発生剤”の他に、露光前はアルカリ溶液に不溶である
が、露光により発生した酸により分解され溶解が促進さ
れる“第3成分”を加えることもできる。このような第
3成分としては、コ−ル酸,t−ブチルエステル等を挙
げることができる。
【0037】
【実施例】次に、本発明の実施例を挙げて、本発明を具
体的に説明する。
体的に説明する。
【0038】(実施例1)本実施例1では、化学増幅系
レジストとして「保護基にt−ブトキシカルボニル基
(t−BOC基)を持つヒドロキシスチレン樹脂」「ベン
ゼンスルホン酸を発生する光酸発生剤」からなる2成分
系の化学増幅系レジストを用いた。また、このレジスト
の溶媒として「エチルラクテート(EL)」を用いた。
レジストとして「保護基にt−ブトキシカルボニル基
(t−BOC基)を持つヒドロキシスチレン樹脂」「ベン
ゼンスルホン酸を発生する光酸発生剤」からなる2成分
系の化学増幅系レジストを用いた。また、このレジスト
の溶媒として「エチルラクテート(EL)」を用いた。
【0039】上記レジスト材料をシリコン基板上にスピ
ンコートし、“130℃で90秒間”プリベーク処理を行
い、レジスト膜中の残存溶媒量を1vol%まで減少させ
た。このウェハーに、塩基性不純物の無い雰囲気下(注)
で、KrFエキシマレーザーステッパーにてテストパタ
ーンを露光し、100℃で90秒間PEB処理を行い、その
後現像処理を行った。(尚、プリベーク処理により残存
溶媒量を“1vol%”まで減少させたので、この場合の
酸発散量は、前掲の図5より“露光により発生する全酸
量の10%以下”であることが分かる。) (注):ケミカルフイルタで塩基性不純物を除去した雰囲
気下
ンコートし、“130℃で90秒間”プリベーク処理を行
い、レジスト膜中の残存溶媒量を1vol%まで減少させ
た。このウェハーに、塩基性不純物の無い雰囲気下(注)
で、KrFエキシマレーザーステッパーにてテストパタ
ーンを露光し、100℃で90秒間PEB処理を行い、その
後現像処理を行った。(尚、プリベーク処理により残存
溶媒量を“1vol%”まで減少させたので、この場合の
酸発散量は、前掲の図5より“露光により発生する全酸
量の10%以下”であることが分かる。) (注):ケミカルフイルタで塩基性不純物を除去した雰囲
気下
【0040】このようにして得られたレジストパターン
について、図1(本発明の実施例で得られるレジストパ
ターンの模式的断面図)を参照して説明すると、図1に
示すように、本実施例1によりウェハー101上に形成さ
れたレジストパターン102は、全くの矩形形状の優れた
レジストパターンであった。
について、図1(本発明の実施例で得られるレジストパ
ターンの模式的断面図)を参照して説明すると、図1に
示すように、本実施例1によりウェハー101上に形成さ
れたレジストパターン102は、全くの矩形形状の優れた
レジストパターンであった。
【0041】(比較例1)なお、比較のため、レジスト
の溶媒として「エチルラクテート(EL)」に代えて「プ
ロピレングリコールモノメチルエーテルアセテート(P
GMEA)」を使用し、前記実施例1と同様の処理を行
った。
の溶媒として「エチルラクテート(EL)」に代えて「プ
ロピレングリコールモノメチルエーテルアセテート(P
GMEA)」を使用し、前記実施例1と同様の処理を行
った。
【0042】この比較例1では、溶媒としてPGMEA
を用い、前記実施例1と同様、130℃で90秒間プリベー
ク処理を行った例である。そして、この場合の“プリベ
ーク処理後のレジスト膜中の残存溶媒量”は、前記実施
例1のEL溶媒を用いた場合と異なり、前掲の図4から
明らかなように“約1.7vol%”であって、本発明で限定
する「レジスト膜中の残存溶媒量が1vol%以下」の範
囲外の例である。この比較例1で得られたレジストパタ
ーンは、図1に示されるような完全な矩形パターンとな
らなかった。これは、“約1.7vol%”の溶媒がレジスト
膜中に残存しているためであると考えられる。
を用い、前記実施例1と同様、130℃で90秒間プリベー
ク処理を行った例である。そして、この場合の“プリベ
ーク処理後のレジスト膜中の残存溶媒量”は、前記実施
例1のEL溶媒を用いた場合と異なり、前掲の図4から
明らかなように“約1.7vol%”であって、本発明で限定
する「レジスト膜中の残存溶媒量が1vol%以下」の範
囲外の例である。この比較例1で得られたレジストパタ
ーンは、図1に示されるような完全な矩形パターンとな
らなかった。これは、“約1.7vol%”の溶媒がレジスト
膜中に残存しているためであると考えられる。
【0043】(実施例2)レジストの溶媒として「エチ
ルラクテート(EL)」に代えて「プロピレングリコール
モノメチルエーテルアセテート(PGMEA)」を使用
し、そして、“130℃で180秒間”プリベーク処理を行
い、レジスト膜中の残存溶媒量を1vol%まで減少させ
た以外は、前記実施例1と同様の処理をした。得られた
レジストパターンは、実施例1の場合と同様、図1に示
されているような全くの矩形形状の優れたレジストパタ
ーンであった。
ルラクテート(EL)」に代えて「プロピレングリコール
モノメチルエーテルアセテート(PGMEA)」を使用
し、そして、“130℃で180秒間”プリベーク処理を行
い、レジスト膜中の残存溶媒量を1vol%まで減少させ
た以外は、前記実施例1と同様の処理をした。得られた
レジストパターンは、実施例1の場合と同様、図1に示
されているような全くの矩形形状の優れたレジストパタ
ーンであった。
【0044】(比較例2)なお、比較のため、前記実施
例2と同様にPGMEA溶媒を用いたが、但し、プリベ
ーク処理を“140℃で90秒間”行った。この比較例2で
は、全くパターン形成がされなかった。これは、“140
℃”ではt−BOC基が熱分解してしまったためと考え
られる。
例2と同様にPGMEA溶媒を用いたが、但し、プリベ
ーク処理を“140℃で90秒間”行った。この比較例2で
は、全くパターン形成がされなかった。これは、“140
℃”ではt−BOC基が熱分解してしまったためと考え
られる。
【0045】
【発明の効果】本発明に係る化学増幅系レジストのパタ
ーン形成方法は、以上詳記したとおり、「レジスト膜中
の残存溶媒量が1vol%以下になるように露光前ベーク
処理を行うこと」により、化学増幅系レジスト特有のT
型形状のレジストパターンの形成を防ぎ、矩形なレジス
トパターンを得ることができる。そして、このような矩
形なレジストパターンが得られることにより、解像性,
焦点深度,寸法精度が向上し、半導体デバイスの高集積
化が可能になる効果が生じる。
ーン形成方法は、以上詳記したとおり、「レジスト膜中
の残存溶媒量が1vol%以下になるように露光前ベーク
処理を行うこと」により、化学増幅系レジスト特有のT
型形状のレジストパターンの形成を防ぎ、矩形なレジス
トパターンを得ることができる。そして、このような矩
形なレジストパターンが得られることにより、解像性,
焦点深度,寸法精度が向上し、半導体デバイスの高集積
化が可能になる効果が生じる。
【図1】本発明の実施例で得られるレジストパターンの
模式的断面図である。
模式的断面図である。
【図2】溶媒として“プロピレングリコールモノメチル
エーテルアセテート(PGMEA)”を使用した場合の
「露光量」と「レジスト膜中の酸量」との関係を示す図
である。
エーテルアセテート(PGMEA)”を使用した場合の
「露光量」と「レジスト膜中の酸量」との関係を示す図
である。
【図3】溶媒として“エチルラクテート(EL)”を使用
した場合の「露光量」と「レジスト膜中の酸量」との関
係を示す図である。
した場合の「露光量」と「レジスト膜中の酸量」との関
係を示す図である。
【図4】プリベーク温度とレジスト膜中の残存溶媒量と
の関係を示す図である。
の関係を示す図である。
【図5】レジスト膜中の残存溶媒量と酸蒸散量との関係
を示す図である。
を示す図である。
【図6】従来の化学増幅系レジストを使用した場合のレ
ジストパターンの模式的断面図である。
ジストパターンの模式的断面図である。
101,601 ウェハー 102,602 化学増幅系レジストパターン
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) G03F 7/00 - 7/42 H01L 21/027
Claims (6)
- 【請求項1】 酸触媒により極性が変化するポリヒドロ
キスチレン樹脂と露光光により酸を発生する光酸発生剤
とを含有する化学増幅系レジストを用いたパターン形成
方法において、 レジスト膜中の残存溶媒量が1vol%以下になるように
露光前ベーク処理を行う工程と、パターンを露光する工程と、 露光後のベーク処理中の酸の蒸散量が露光により生じた
全酸量の10%以下で露光後ベーク処理を行う工程と 、を含む ことを特徴とする化学増幅系レジストのパターン
形成方法。 - 【請求項2】 請求項1記載の化学増幅系レジストを用
いたパターン形成方法において、露光前ベーク処理温度
を高くすることでレジスト膜中の残存溶媒量が1vol%
以下になるようにすることを特徴とする化学増幅系レジ
ストのパターン形成方法。 - 【請求項3】 請求項1記載の化学増幅系レジストを用
いたパターン形成方法において、露光前ベーク処理時間
を長くすることでレジスト膜中の残存溶媒量が1vol%
以下になるようにすることを特徴とする化学増幅系レジ
ストのパターン形成方法。 - 【請求項4】 前記化学増幅系レジストが、芳香族スル
ホン酸を発生する光酸発生剤を含有することを特徴とす
る請求項1〜3のいずれかに記載の化学増幅系レジスト
のパターン形成方法。 - 【請求項5】 前記化学増幅系レジストの溶媒が、エチ
ルラクテートであることを特徴とする請求項1〜4のい
ずれかに記載の化学増幅系レジストのパターン形成方
法。 - 【請求項6】 前記化学増幅系レジストの溶媒が、プロ
ピレングリコールモノメチルエーテルアセテートである
ことを特徴とする請求項1〜4のいずれかに記載の化学
増幅系レジストのパターン形成方法。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP07186298A JP3152201B2 (ja) | 1998-03-20 | 1998-03-20 | 化学増幅系レジストのパターン形成方法 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP07186298A JP3152201B2 (ja) | 1998-03-20 | 1998-03-20 | 化学増幅系レジストのパターン形成方法 |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPH11271976A JPH11271976A (ja) | 1999-10-08 |
JP3152201B2 true JP3152201B2 (ja) | 2001-04-03 |
Family
ID=13472765
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP07186298A Expired - Lifetime JP3152201B2 (ja) | 1998-03-20 | 1998-03-20 | 化学増幅系レジストのパターン形成方法 |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JP3152201B2 (ja) |
Families Citing this family (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP4742793B2 (ja) * | 2005-09-30 | 2011-08-10 | 大日本印刷株式会社 | レジスト基板、レジストパターン形成方法及びレジスト基板の保存方法 |
JP2013113939A (ja) * | 2011-11-25 | 2013-06-10 | Dainippon Printing Co Ltd | 3次元表示用パターン配向膜用原版の製造方法 |
JP6554214B1 (ja) | 2018-07-26 | 2019-07-31 | 東京応化工業株式会社 | 化学増幅型ポジ型感光性樹脂組成物、鋳型付き基板の製造方法、及びめっき造形物の製造方法 |
-
1998
- 1998-03-20 JP JP07186298A patent/JP3152201B2/ja not_active Expired - Lifetime
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
JPH11271976A (ja) | 1999-10-08 |
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