JPH01238659A - 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〕 この発明は、半導体素子などの作製における微細加工法
に係り、フォトリソグラフィにおけるパターン形成に関
するものである。

〔従来の技術〕

半導体素子の集積度の向上と共にパターンの微細化も進
んでいる。そこでは依然として光を光源した光りソグラ
フィが使われている。そして現在では、その高解像性と
優れたアライメント精度ゆえ、縮小投影露光法が主流で
ある。光りソグラフィで一部しシスト法にて微細パター
ンを形成する際の課題は、基板段差によるレジスト膜厚
の局所的変動によるパターン寸法の変化（バルク効果）
；基板段差側壁等からの散乱光によるレジストの局所的
過剰露光によるパターン寸法の細り（ノツチング効果）
。更には縮小投影露光は圧接光学系を使うので、単色光
を光源として用いる。従ってこの単色光を用いることに
よって生しる問題点、即ち、レジストへの入射光、レジ
スト表面からの反射光、レジスト／基板界面からの反射
光の相互間で、干渉が生し、レジスト膜厚のわずかな変
動に伴なってレジスト中へ吸収される実効的光量の変動
がλ／２ｎ（λ：露光波長、ｎニレジストの屈折率）の
周期で生し、レジストパターン寸法に変動が生じたり　
（膜内多重反射効果）、レジストの厚さ方向に周期的な
光強度の分布が生じ、現像後のレジストパターン断面に
それに対応した波打ち形状が生しる（定在波効果）。こ
れらはいづれもレジストパターン寸法の変動や解像不良
の原因となる。

これら、従来の一部しシスト法の問題点を解決する方法
として、多層レジスト法やＡＲＣ法、ＡＲＣＯＲ法など
が提案されている。しかし、多層レジスト法は、レジス
ト層を三層形成し、その後パターン転写を行ってマスク
となるレジストパターンを形成するため、工程数が多く
スループットが低いという問題がある。ＡＲＣ法は、レ
ジスト下部に形成した反射防止膜を現像によりウェット
エツチングする為、サイトエッチ量が多く、このことに
よる寸法精度の低下が大きいという問題がある。ＡＲＣ
ＯＲ法とはレジスト膜の上に一層及び多層の干渉型反射
防止膜を塗布して、レジスト膜中での多重反射を抑える
方法だが、かなり工程数、使用材料が増加するという問
題がある。なお、多層レジストに関しては特開昭筒５１
−１０７７５号などに記載されている。またＡＲＣ法と
しては特開昭筒５９−９３４４８号に、ＡＲＣＯＲ法は
特開昭筒６２−６２５２０号に記載されている。

〔発明が解決しようとする課題〕

こらら従来の一部しシスト法の問題点のうち、前述の定
在波効果を抑制して、レジストパターン断面形状をスム
ーズ化し、かつ現像後の残差不良をなくす方法として従
来から露光後現像前ベーク法がある（本方法はＩＥＥＥ
　Ｔｒａｎｓａｃ目ＯｎＳ　Ｏｎ　Ｅｌｅｃｔｒｏｎ　
Ｄｅｕｉｃｅｓ　、Ｖｏｌ、　ＥＤ−２２，Ｎｏ、７．
　Ｊｕｌｙ　１９７５のＰ４６４〜４６６に記載されて
いる。）。この方向は１工程が増加するだけで、なおか
つ連続処理が可能な傍れた方法であるが、５ＰＩＥ　Ｐ
ｒｃｅｅｄｉｎｓ　Ｖｏｌ、４６９−Ａｄｖａｎｃｅｓ
　ｉｎ　Ｒｅ５ｉｏｔ　Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ（１９８
４）のＰ６５〜７１）にも記載されているように従来、
以下の欠点を有していた。即ち、マスク寸法通りのレジ
スｌ−パターン寸法を得るのに要する露光量（Ｅｏ）が
増大し、レジストの種類によっては、未露光部の膜減り
が生じる。そして、定在波効果、即ちレジストパターン
断面形状の波打ちをスムーズ化する以外は前記の従来の
一部しシスト法の問題点を解決することは殆んどできな
い。

この発明は、上記のような従来−層レジスト法の問題点
を解消するためになされたもので、従来の露光後、現像
前ベーク法の欠点を補い、かつ、従来法以上の性能、即
ち感度の低下及び膜減りの増大なしに、前記の定在波効
果の抑制のみならず、バルク効果を大巾に減少させ、膜
内多重反射効果を間接的に抑制し、更に解像力、焦点深
度を改善する方法を得ることを目的とする。

〔課題を解決するための手段〕

この発明の実現のため、従来の露光後現像前ベーク法の
メカニズム及び前記の従来−層レジスト法の欠点（バル
ク効果、膜内多重反射効果等によるパターン寸法変動）
の発生機構、更には微細パターンニング露光後の加熱処
理は、未分解の感光剤を拡散させて、パターンニング露
光によって生じた露光部の感光剤濃度の負荷さ方向の局
所的変動を均一化すると共に、露光部では光分解した感
光剤がレジスト内のアルカリ溶液と反応して可溶化し、
逆に未露光部の表面近傍では難溶化層を形成する。次の
全面露光によってパターンニング露光部の感光剤を更に
分解して更に液溶化すると共に、全面露光の光量の最適
化により未露光部の膜減りを発生させない。

〔実施例〕

以下、この発明の実施例を図について説明する。

第１図ｉｌｌにおいて、１はシリコン結晶基板、このシ
リコン結晶基板上にポジ型フォトレジストＭＣＰＲ２０
００）１　　（三菱化成製商品名）を回転塗布し、１．
１６μｍ厚のレジスト層２を形成した。次にこの試料を
ホットプレート３上で８０℃波１００°Ｃの温度で６０
秒間プリヘークした〔第１図（２）〕。引き続きこの試
料の表面を１５％波２６３８％のＪＭＡｌｌ　（テトラ
メチルアンモニウムハイドロオキサイド）のアルカリ水
溶液４に１０〜５０秒間浸し、その後純水でリンス洗浄
し、回転乾燥させた〔第１図（３）〕。

次に第１図（４）に示すように波長４３６ｎｍの光を用
いてＮＡ−α４２のレンズを搭載した縮小投影露光装置
（ステッパー）で選択的にフォトレジストを露光した。

その後第１図（５）に示すようにホットプレート上で１
００’Ｃ〜１２０°Ｃの温度で６０秒間ヘーク処理した
。次に第１図（６）に示すように波長４３６ｎｍ。

３６５ｎｎ等に輝線スペクトルを持つ超高圧水銀ランプ
を用い、２〜１５ｍＪ／ｃｏｔのエネルギーで全面露光
した。次に第１図（７）に示すようにＴＭＡＩＩ２．３
８％の水溶液で現像し、シリコン基板上にレジストパタ
ーン２゛を形成した。この方法でマスクパターン寸法通
りレジストパターン寸法が仕上る露光量（Ｅｏ）は、従
来のレジスト塗布ブリヘーク、露光、現像の順に処理す
る一部しシスト法と同し１５０ｍＪ　／　ｃｔＡが得ら
れ、感度の低下は見られなかった。従来−層レジスト法
では０．６μｍ巾／間隔バクーン迄解像したが、０．５
μｍ巾／間隔パターンはマスクパターンの空間像コント
ラストが弱い為、間隔パターン（即ち露光部）の光強度
が弱く現像後レジストが残った。しかし、本発明では、
現像前の全面露。

パターンニング露光とレジスト中のアルカリの効果、及
びパターンニング露光後の熱処理による感光剤濃度の局
所的分布の均−化等により露光部の現像時溶解速度が増
加し、０．５μｌ巾／間隔パターンの間隔パターンが解
像された。一方、未露光部については、アルカリ表面処
理によるごとく表層の難溶化、感光剤の濃度の高いレジ
スト表層近くでのパターンニング露光後の加熱処理によ
る難溶化層の形成等により現像後の１）２　Ｎりが抑え
られ、０５μπ巾／間隔パターンでも残しパターン（中
パターン）の膜減りは全熱発生せず、かつ定在波効果に
よるレジストパターン断面の波うち形状もスムーズにな
り、垂直なレジストパターン断面形状が０．５μｍ巾／
間隔パターンまで得られた。又、解像が困難なスペース
パターンの解像能力は従来−層レシストプロセスが０７
μｍなのに対し、本実施例では０．５μｍが大きなパタ
ーンサイズと同様のほぼ垂直なな断面形状で解像され、
解像力で大きな改善が得られた。

更に焦点深度についても従来−層レシストプロセスに比
べ約５０％の大巾な改善が得られた。更にレジスト膜厚
を１．１６μｍ前後で変化させて、第２図に示すバルク
効果によるレジストパターン寸法変化量（Ａ）と膜内多
重反射効果による寸法変化量（Ｂ）とについて従来−層
レジスト法に比べ大巾に減少し著しい改善が得られた。

以上の実施例で、露光後現像前のヘークを省略すると、
上記性能項目のうち、バルク効果、及び膜内多重反射に
よる寸法変化量について改善が殆んど見られなかった。

また、全面露光を省略すると、解像力が低下して０．６
μｍ巾／間隔パターン迄しか解像しなかった。

また、以上の実施例では、パターンニング露光波長とし
て４３６ｎｍのｇ線の場合について記したが勿論、１線
（３６５ｎｍ）、　Ｘｅ−Ｃｌエキシマレーサ光（３０
８ｎｍ）、　ＫｒＦエキシマレーレー（２４８ｎｍ）　
、＾ｒＦエキシマレーレー（１９３ｎｍ）　、更には多
波長光源の場合にも本発明は有効である。また全面露光
の波長についても同様である。

また、本実施例ではアルカリ溶液として有機アルカリの
水？８液で、ポジ型フォトレジスト用の現像液の１種で
あるＪＭ八へ（テトラメチルアンモニウムハイドロオキ
サイト）の水溶液を使たが、他の有機アルカリの水溶液
、ＫＯＨ等の無機アルカリの水溶液、更には他のアルカ
リ性有機溶液でも本発明の方法は有効であった。また、
紫外線の選択的照射（バクーンニング露光）のすく後に
紫外線で全面露光し、その後加熱処理して現像しても、
上記とほぼ同等な性能が得られた。また、レジスト塗布
から現像迄の工程中にある最大３回の加熱処理を使用す
るポジ型フォトレジストの材料組成に対応させて、１回
以上真空中で加熱処理しても、上記の本発明の優れた性
能を組持した上で、現像後のレジストパターンの断面形
状が制御がより容易になった。

一方、反射率の高い下地基板（例えば、Ａｌｉ膜）上に
、微細レジストパターンを形成する際に、基板からの反
射の影響を抑える為に、吸光剤を加えたポジ型フォトレ
ジストを用いてパターン形成するが、本発明の方法はそ
のような場合でも有効である。

またこの発明の方法を三層レジスト法の上層レジストの
パターン形成に適用しても、上層レジストと中間層との
界面からの僅かな反射による膜内多重反射によるパター
ン寸法変動を抑制すると共に、レジストパターン断面形
状の改善、更には焦点深度の拡大の面でも有効である。

ＰＣＭ　−層レジスト法や、Ｓｉ含有型ノボラノクーナ
フトキノンジアジト系ポジ型フォトレジストを上層レジ
ストとして使うＳｉ系二層レジスト法の上層レジストの
パターン形成に、本発明の方法を導入しても効果がある
。

下地基板とポジ型フォトレジストの間に吸光度の高い吸
収型反射防止膜や、屈折率及び膜厚を制御した干渉型反
射防止膜を形成して、レジストパターン形成を行う反射
防止膜（ＡＲＣ）法においても、更に、ポジ型フォトセ
ンサレジストの上に屈折率及び膜厚を制御した干渉型の
一層又は多層の反射防止膜を被覆してパターン形成を行
うパターン形成方法においても本発明の方法は有効であ
る。

〔発明の効果〕

以上のように、従来の一部しシスト法の問題点を解消す
るために本発明では、レジスト塗布後、レジスト表面を
アルカリ溶液に浸し、乾燥した後露光し、加熱処理する
。その後、全面露光してから現像するという、高価な装
置や材料を必要とせずに、多層レジスト並みの優れたレ
ジストパターン形成を可能ならしめる効果がある。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明の一実施例を示す工程図である。第２
図は従来法の問題点を説明する図である。 なお図中、同一符号は同一、又は相当部分を示す。 １、Ｓｉ基板、２．ポジ型フォトレジスト、３ホツトプ
レート、４．アルカリ溶液、５　紫外線、２゛、現像後
のレジストパターン

Claims (6)

【特許請求の範囲】
1. （１）下記工程を含むレジスト・パターン形成方法（１
   ）キノンジアジド系感光剤とアルカリ可溶性ノボラック
   樹脂からなるポジ型フォトレジストを基板上に塗布し、
   加熱処理する工程。
2. （２）塗布・加熱処理された上記ポジ型フォトレジスト
   膜の表面をアルカリ溶液に浸し、その後乾燥する工程。
3. （３）アルカリ溶液に浸した後の上記ポジ型フォトレジ
   スト膜に選択的に紫外線（波長範囲１８０ｎｍ〜４５０
   ｎｍ）照射する工程。
4. （４）選択的に紫外線照射された上記ポジ型フォトレジ
   スト膜を加熱する工程。
5. （５）上記加熱処理されたポジ型フォトレジスト膜を紫
   外線（波長範囲１８０ｎｍ〜４５０ｎｍ）で全面露光す
   る工程。
6. （６）全面露光された上記ポジ型フォトレジストを現象
   してレジストパターンを形成する工程。