JPH01133044A - パターン形成方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、集積回路（ＩＣ）、大規模集積回路（ＬＳＩ
）などの半導体微細加工などに用いるパターン形成方法
に関する。

〔従来の技術〕

半導体素子製作などの加工の微細化に伴い、リソグラフ
ィー技術は急速に進歩している。加工の解像度を高める
方法として、露光波長を短くすることが極めて有効であ
ることが知られている。最近遠紫外光（Ｄｅｅｐ　Ｕ　
Ｖ　；波長約２００〜３００ｎｍ）を用いたリソグラフ
ィー技術の検討が各所で検討されており、露光装置の開
発はもちろんのこと、遠紫外光用のホトレジストも開発
されている。

一方高解像度のホトリップラフイは、現在、主に投影露
光装置を用いている。しかし、得ようとするパターンが
サブミクロン領域になると、マスクパターンのコントラ
ストが高くても、レンズ光学系を通過した光の像イメー
ジのコントラストは低下する。すなわち、マスクでは暗
い領域であるところに対応する像イメージ領域にも露光
され、パターンサイズが小さくなるにつれて上記影響は
顕著になる。この問題を解決するためのレジストに照射
される像イメージのコントラストを改善する方法がいく
つか提案されており、その一つとしてアメリカン　ケミ
カル　ソサイテー　ポリマーマテリアルズ　サイエンス
　アンド　エンジニアリング（Ａｍｓｒｉｃａｎ　Ｃｈ
ｅｍｉｃａｌ　５ｏｃｉｅｔｙ、ＰｏｌｙｍｅｒＭａｔ
ｅｒｉａｌｓ　５ｃｉｅｎｃｅ　ａｎｄ　Ｅｎｇｉｎｅ
ｓｒｉｎｇ）　５５巻６０４〜６０７頁（１９８６）に
記載の方法がある。この方法は次のようなものである１
通常のホトレジスト膜の上にジアゾニウム塩、高分子化
合物及び酢酸からなる層を形成し、ベーキングにより酢
酸を除去してコントラストエンハンスメント層とする。

この層は露光によって徐々に透明になるような光退色性
を示す、この層にマスクのパターンが露光されたとき、
明るい所で退色が速やかに進み、暗い所では退色がゆっ
くりと進む。従ってホトレジストに照射された露光の明
るい部分と暗い部分の差は、コントラストエンハンスメ
ント層がないときに比べて増加する。

〔発明が解決しようとする問題点〕

現在知られている遠紫外光レジストは、波長３００ｎｍ
以下で強い光吸収性を有する。それ故ホトレジスト層が
露光したとき、その表面は十分に露光されるが基板に近
い部分は十分露光されず、ポジ型レジストのパターンの
断面形状は台形又は三角形に、ネガ型レジストのそれは
逆台形になり、その結果高解像度のパターンの形成が困
難であるという問題があった。

また前記のコントラストエンハンスメントプロセス、は
、そり自体では解像度は向上するものではない。

本発明の目的は高解像度でかつ十分にコントラストを有
するパターン形成方法を提供することにある。

〔問題点を解決するための手段〕

上記目的は、基板上にホトレジスト層を形成する工程、
該ホトレジスト層上に露光によって発色する感光層を形
成する工程、該感光層に所定のパターンを照射し、上記
パターンに対応して該感光層の光透過率を変化させる工
程、上記照射光の波長より長波長の光で上記感光層を通
してホトレジスト層を照射する工程及び上記感光層の除
去とホトレジスト層の現像を行なう工程よりなるパター
ン形成方法によって達成される。

上記のホトレジスト層としては、ネガ型ホトレジストも
ポジ型ホトレジストもいずれも用いることができる。い
ずれのホトレジストも耐ドライエツチング性のあるもの
が好ましい、また水又はアルカリ水溶液で現像可能なも
のが好ましい。

ネガ型ホトレジストの一例としてはフェノール樹脂と芳
香族アジド化合物とからなるものがある。

この芳香族アジド化合物としては、３．３′−ジアジド
ジフェニルスルホン、４−アジドカルコン、３−（ｐ−
アジドスチリル）−５，５−ジメチル−２−シクロヘキ
セン−１−オン、２−（ｐ−アジドスチリル）−４−ベ
ンジリデンオキサシロン、３．３′−ジメトキシン−４
，４′−ジアジドビフェニルが望ましい。

ポジ型ホトレジストの一例としては、ジアゾナフトキノ
ンとノボラック樹脂からなるものがある。

ジアゾナフトキノンの一例としては、１−オキソ−２−
ジアゾ−ナフトキノン−５−７リルスルホン酸エステル
がある。

ホトレジスト層の厚みは０．３〜２．０μｍの範囲が好
ましく、０．５〜１．５μ損の範囲がより好ましい。そ
の厚みが厚すぎると高解像度が得られにくくなり、一方
薄すぎると膜にピンホールができ易いためである。

感光層は芳香族アジド化合物と高分子化合物を含む。

芳香族アジド化合物としては、アジド基とアミノ基が同
一芳香環に結合したアジド化合物が好ましく、特に下記
一般式で示されるアジド化合物は短波長の光の照射で発
色しやすいので好ましい。

（式中Ｒ１，Ｒ２は水素、アルキル基、アルコキシ基。

アリール基、ハロゲン、アセチル基を示す。）高分子化
合物としては、露光時にジアゾニウム塩の光分解で生じ
る窒素ガスの透過性の高い高分子が好ましく、特にポリ
（Ｎ−ビニルピロリドン）、Ｎ−ビニルピロリドン−酢
酸ビニル共重合体、アクリルアミド−ジアセトンアクリ
ルアミド共重合体、メチルビニルエーテル−無水マレイ
ン酸共重合体、ポリスチレン、ポリメチルメタアクリレ
ート、ポリα−メチルスチレンが好ましい。

さらに、感光層の成分であるアジド化合物と高分子化合
物との比率は、感光層の光学密度を高くするためにアジ
ド化合物の比率が８０重量％以上であるこが望ましい、
しかし、アジド化合物の比率が４００重量％を越えると
、アジド化合物が感光層中で結晶化するので、アジド化
合物の高分子化合物に対する比率は８０〜２００重量％
の範囲であることが好ましい。

感光層の厚みは０．２〜１．０μｍの範囲が好ましく、
０．４〜０．７μｍの範囲がより好ましい。

膜厚が厚いと解像度が低下し、薄いとピンホールができ
易くなるためである。

〔作用〕

本発明の作用を、アジド化合物としてｐ−アジドアニリ
ン（以下Ａ１と略す）を、高分子化合物としてＮ−ビニ
ルピロリドン／酢酸ビニル共重合体（以下Ｐ　（ＶＰ／
ＶＡ）と略す）を用いた場合を例にして説明する。第１
図にＡ１とｐ　（ＶＰ／ＶＡ）から成る感光層の波長２
４９ｎｍ光照射前後の紫外吸収スペクトルを示す、第１
図曲線Ａに見られるよりに、光照射前の感光層は３５０
ｎｍ以下に吸収を有しており３５０ｎｍ以上の領域に全
く吸収はないが、光照射にすると、破線Ｂに示見られる
ように、３５０ｎｍ以上の領域に強い吸収をもつように
なる。このことは、波長２４９ｎｍの光によるパターン
露光で、３５０ｎｍから４５０ｎｍの波長領域において
、露光部が不透明で、未露光部が透明なマスクが得られ
ることを示している。

光照射による感光層の発色性を利用した本発明の微細パ
ターン形成プロセスを第２図に示す、このプロセスは、
（ａ）；基板上にレジスト層を形成する工程、（ｂ）；
レジスト層上に感光層を形成する工程（Ｃ）；短波長光
によりマスクパターンを感光層に転写しレジスト層上に
密着マスクを形成する工程、（ｄ）；上記感光層をマス
クとして長波長光による全面−括露光によりレジスト層
を感光させる工程、（ｅ）；感光層を除去しレジスト層
を現像する工程、から成る。

本発明によれば、パターン転写は短波長光で行ない、レ
ジストの感光はレジストであまり強く吸収されない長波
長の光で行なわれる。このためレジストの表面から基板
表面まで高コントラストの光でレジストが感光されるの
で、高解像度でしかも断面形状が短形状のレジスト層上
形成される。

また本発明においてはレジストの感光を二波長以上の光
が混在する光で行なうこともできるので基板からの反射
光による定在波の影響も低減することができる。

上記短波長光は遠紫外域付近の波長であることが高解像
度のパターンを得るためには必要である。

長波長光は上記短波長光より１０ｎｍ以上長波長のもの
であれば用いられるが、実用上は３００ｎｍ以上の波長
のもの１例えば３６５ｎｍ　（ｉ線）、４３６ｎｍ　（
ｇ線）などが好ましい。

〔実施例〕

実施例１ シリコンウェハ上に、ポジ型ホトレジスト（東京応化工
業社製０ＦＰＲ５０００）を回転塗布し、厚さ約０．５
μｍのホトレジスト層を形成し、温度８０℃で２０分間
ベークした。次に下記組成１の感光性組成物を用いて膜
厚的０．５５μｍの層を形成し、感光層とした。この試
料に０．３μｍから３．０μｍのクロムのライン及びス
ペースパターンを形成した石英板を密着させ、ハノビア
社製Ｘｓ−Ｈｇ灯を用い、２４８ｎｍの干渉フィルタを
介して露光した。露光量は約３００　ｍ　Ｊ　／　ｃｘ
ｌとなるように露光時間を設定した。次に、石英板を取
り除き、同じ露光装置で４Ｑ５ｎｍの干渉フィルタを介
し、露光試料全面に露光した。露光量８０　ｍ　Ｊ／ｄ
となるように露光時間を設定した。感光層を水洗で除去
し、２．３８　　ｗｔ％水酸化テトラメチルアンモニウ
ム水溶液で２０秒間現像したところ、十分なコントラス
トで高解像性を有する微細パターンが得られた。

組成１ 感光層とレジスト層との間にポリビニルアルコール薄層
を形成すれば、水洗による感光層の除去を容易に行なう
ことができる。

実施例２ 実施例１において用いた組成１の感光性組成物の代わり
に、組成２の感光性組成物を用いたこと及び感光層の除
去をクロルベンゼンを用いて行なったこと以外は実施例
１と同様の方法でパターン形成を行なったところ、十分
なコントラストで高解像性を有する微細パターンが形成
された。

組成２ 実施例３ 実施例２において用いたアジド化合物の代わりに４−ア
ジド−Ｎ−トリフルオロアセチルアニリンを用いたこと
及び−捨金面露光の際に３１３ｎｍの干渉フィルタを用
いたこと以外は、実施例２と同様の方法でパターン形成
を行なったところ、高解像度の微細パターンが形成され
た。

実施例４ 実施例３において用いたポジ型フォトレジスト０ＦＰＲ
５０００の代わりに、ポリ（Ｐ−ビニルフェノール）と
３，３′−ジメトキシン−４，４′−ジアジドビフェニ
ルから成るネガ型フォトレジストを用いたこと以外は、
実施例３と同様の方法でパターン形成を行なったところ
、十分なコントラストで高解像度のパターンが得られた
。

（発明の効果〕 本発明によれば高解像度で十分なコントラストがあるパ
ターン形成が可能である。

【図面の簡単な説明】

第１図は、感光層に短波長光露光前後のＵＶ吸収スペク
トルを示す曲線図、第２図は、本発明による微細パター
ン形成プロセスを示す工程図である。 １・・・レジスト層、２・・・基板、３・・・感光層、
４・・・短波長光、５・・・マスク、６・・・潜像の形
成されたレジ第　７　呂 ２００　　　　　Ｊ６Ｑ　　　　　　ｙρ、　　　　　
　ｆ００８　　飢皮Ｏ吸ｑメζζべ′７トル 第　λ　区 （山） （已） グ晟衰長氾 ３　ンンストｌｋ

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、基板上にホトレジスト層を形成する工程、該ホトレ
   ジスト層上に露光によつて発色する感光層を形成する工
   程、該感光層に所定のパターンを照射し、上記パターン
   に対応して該感光層の光透過率を変化させる工程、上記
   照射光の波長より長波長の光で上記感光層を通してホト
   レジスト層を照射する工程及び上記感光層の除去とホト
   レジスト層の現象を行なう工程よりなることを特徴とす
   るパターン形成方法。 ２、上記感光層は芳香族アジド化合物と高分子化合物と
   を含む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、上記芳香族アジド化合物は、アジド基とアミノ基が
   同一芳香環上に結合したアジド化合物であることを特徴
   とする特許請求の範囲第１項記載のパターン形成方法。 ４、上記芳香族アジド化合物は、上記高分子化合物に対
   して８０〜４００重量％である特許請求の範囲第２項記
   載のパターン形成方法。 ５、上記感光層の照射は、遠紫外光によつて行なうこと
   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。