JPH0385722A - 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】 ［発明の目的］ （産業上の利用分野） 本発明は、レジストを用いた微細なパターン形成方法に
関する。

（従来の技術） ＬＳＩ等の半導体装置の製造を始めとする微細なパター
ン形成プロセスにおいては、レジストが広く用いられて
いる。特に、電子機器の多機能化、高度化に対応した高
密度化を図るためにレジストパターンの微細化と共に露
光に用いる光の短波長化や電離放射線を用いたパターン
形成が提案されている。しかしながら、これらの露光光
源を用いた場合、レジスト膜の光吸収が大きく、膜が厚
くなるとレジスト膜の底面まで前記放射線が到達し難く
なり断面形状（パターン精度）が悪化する。その結果、
ドライエツチング工程でのマスクとして耐えるレジスト
パターンを形成できない問題があった。

（発明が解決しようとする課題） 本発明は、上記従来の課題を解決するためになされたも
ので、膜厚が厚く、かつ断面形状が良好で微細なパター
ンを形成し得る方法を提供しようとするものである。

［発明の構成〕 （課題を解決するための手段） 本発明に係わる第１のパターン形成方性は、基板上のレ
ジスト膜に電離放射線又は短波長の紫外線を選択的に照
射して潜像を形成する工程と、前記レジスト膜に紫外線
を全面照射した後、現像処理を行う工程とを具備したこ
とを特徴とする。

かかる第１のパターン形成方法を第１図（Ａ）〜（Ｄ）
を参照して以下に詳述する。

まず、第１図（Ａ）に示すように基板　１上にレジスト
膜２を形成する。ここに用いるレジストは、電離放射線
又は短波長の紫外線の照射により退色（透過度が上がる
）ものであればいずれのものでもよい。例えば、フェノ
ールを骨格とする重合体、クレゾール、キシレゾールを
アルデヒドで縮合したノボラック樹脂等のポリマを主成
分とし、これに感光剤を配合した組成のものを挙げるこ
とかできる。前記感光剤としては、例えばジアゾ化合物
を用いることができる。このジアゾ化合物としては、英
国特許第７２３３８２号及び英国特許第９４２４０２号
に起債されたｐ−イミノキノンジアジド類、英国特許第
１１１００１７号及びフランス特許節２０２２４１．３
号に記載されたジアゾニウム塩とホルムアルデヒドとの
縮合生成物、英国特記第７４５８８６号記載のアジド化
合物、キノンジアジド類、ｐ−ジアゾフェニルアミン塩
類等を挙げることかできる。これらのジアゾ化合物の中
でも、Ｏ−ナフトキノンジアジドスルフォン酸もしくは
０−ナフトキノンジアジドスルフォン酸の芳香族エステ
ル又はアミドか好ましく、特に２．ａ；４−トリヒドロ
キシベンゾフェノンの１，２−ナフトキノンジアジドス
ルフォン酸エステル、２゜３．４．４−テトラヒドロキ
シベンゾフェノンのＬ２−ナフトキノンジアジドスルフ
ォン酸エステルが最も好適である。

次いて、前記レジスト膜２の上方に透明基板３にマスク
パターン４を形成した露光用マスク　５を配置し、該マ
スク　５の透過部を通して電離放射線又は短波長の紫外
線を選択的に照射する。この時、第１−図（Ｂ）に示す
ように電離放射線等が照射されたレジスト膜２の上層部
分は退色され、紫外線に対する透過度の高い潜像６が形
成される。前記電離放射線としては、例えば電子線、Ｘ
線、真空紫外線等を挙げることができ、これらの電離放
射線は単色光或いは複数波長の光が混在したもの、いず
れでもよい。但し、電子線を光源とする場合には、第１
図（Ｂ）に示すマスク　５は不要であり、電子線の走査
により選択的な照射を行なう。前記短波長紫外線は、波
長か３６５ｎｍ以下のものであり、特に芳香族化合物の
特性吸収領域である３００ｎｍ以下の波長を有する低圧
水銀ランプを光源とする紫外線やエキシマレーザ光（Ｋ
ｒＦ、ＡｒＦ）が好適である。

次いで、前記レジスト膜２全面に紫外線を照射する。こ
の時、第１図（Ｃ）に示すように予め形成された透過度
の高い潜像６の存在によりレジスト膜２の底部まで達す
るコントラストの高い潜像６゛が形成される。前記紫外
線は、単色光或いは複数波長の光が混在したもの、いず
れてもよいか、単色光は入射光と反射光の干渉による定
在波を生じて解像性を低下させる傾向があるため、単色
光よりもある程度帯域を有する光が好ましい。また、３
００ｔ＋ｎ＋より長い波長の紫外線を用いることか望ま
しい。

次いで、全面照射後のレジスト膜２を現像処理すること
により、第１図（Ｄ）に示すようにレジスト膜２の潜像
６′部分が選択的に溶解されてレジストパターン７が形
成される。前記現像処理時の現像液としては、各種の現
像液を用いることができ、例えばテトラメチルアンモニ
ウムヒドロキサイドなどのアルカリ現像波等を挙げるこ
とかできる。

また、本発明に係わる第２のパターン形成方法は基板上
のレジスト膜に電離放射線又は短波長の紫外線を選択的
に照射し、露光を行って潜像を形成した後、現像処理を
施す工程と、前記レジスト膜に紫外線を全面露光した後
、再度、現像処理を行う工程とを具備したことを特徴と
するものである。かかる第２のパターン形成方法を第２
図（Ａ）〜（Ｄ）を参照して以下に詳述する。

まず、基板１上に前述した第１のパターン形成方法と同
様なレジスト膜２を形成した後、該レジスト膜２上方に
マスク　５を配置し、その透過部を通して電離放射線又
は短波長の紫外線を選択的に照射する。この時、第２図
（Ａ）に示すように電離放射線等が照射されたレジスト
膜２の上層部分は退色され、紫外線に対する潜像６が形
成される。

次いで、前述したアルカリ現像液等を用いて現像処理を
施す。この時、第２図（Ｂ）に示すようにレジスト膜２
の潜像６部分が選択的に溶解されて凹部８が形成される
。

次いで、前記レジスト膜２全面に前述した紫外線を照射
する。この時、第２図（Ｃ）に示すように予め形成され
た凹部８の開口によりレジスト膜２の底部まで達するコ
ントラストの高い潜像６′が形成される。

次いで、全面照射後のレジスト膜２を再度、現像処理す
ることにより、第２図（Ｄ）に示すようにレジスト膜２
の潜像６゛部分が選択的に溶解されてレジストパターン
７か形成される。

更に、本発明に係わる第３のパターン形成方法は基板上
のレジスト膜に電離放射線又は短波長の紫外線を選択的
に照射し、露光を行って潜像を形成した後、現像処理を
施す工程と、前記レジスト膜の少なくとも溶解部に光吸
収性材料を充填する工程と、紫外線又はＸ線を全面露光
した後、再度、現像処理を行う工程とを具備したことを
特徴とする。かかる第３のパターン形成方法を第３図（
Ａ）〜（Ｅ）を参照して説明する。

まず、基板１上に前述した第１のパターン形成方法と同
様なレジスト膜２を形成した後、該レジスト膜２上方に
マスク　５を配置し、その透過部を通して電離放射線又
は短波長の紫外線を選択的に照射する。この時、第３図
（Ａ）に示すように電離放射線等が照射されたレジスト
膜２の上層部分は退色され、紫外線に対する潜像６が形
成される。

次いで、前述したアルカリ現像液等を用いて現像処理を
施す。この時、第３図（Ｂ）に示すようにレジスト膜２
の潜像６部分が選択的に溶解されて凹部８が形成される
。

次いて、前記凹部８を含むレジスト膜２の凹部全面に光
吸収材料をスピンコード法、塗布法等により被覆して少
なくとも四部８に光吸収材料層９を充填する（第３図（
Ｃ）図示）。この場ａ１前記光吸′収層９を次工程での
マスクとして作用させるために凹部８のみに充填するこ
とが望ましい。

前記光吸収材料は、樹脂及び吸光剤を水等で溶解した組
成からなる。前記樹脂としては、特開昭８１−２１．９
０３８号公報に開示された樹脂が好適である。

特に、ポリビニルアルコール、ポリアクリル酸系及びそ
の酸無水物の重合体もしくは共重合体〔例えばガントレ
ッツ（五協産業社製商品名）〕、ポリスチレンスルフォ
ン酸等を使用でき、これらは全て水に溶解する。前記吸
光剤は、一般に使用される染料が典型的なものとして挙
げられる。例えば、アシッドブルー　アシッドグリーン
、アシッドブラックの系統の染料が水溶媒系として適し
ている。中でも、アシッドピュアーブルーＶＸ（中外製
薬社製商品名）、アミドブルーＡＥ−ＰＷ（ヘキスト社
製商品名）、シアジッドアリザリンライトブルー４ＧＬ
　（三菱化成社製商品名）、ラナペールブル−ＢＰＷ（
ヘキスト社製商品名）、イントラジッドファストブルー
ＣＢ（稲畑産業社製商品名）、サンドランブルーＮ−Ｂ
　（サンド社製商品名）、アリザリンプリルブルー５Ｇ
（山田化学工業社製商品名）、アシッドブルーＢＥ−Ｎ
Ｗ（ＢＡＳＦ製商品名）、スミトモプリルブルー５Ｇ　
（住友化学社製商品名）、シアジッドアリザリンスカイ
ブルーＢ（三菱化成社製商品名）、コーマジ−ブルーＢ
（ＩＣＩ社製商品名）、アシッドプリルシアミン６Ｂ（
洪水貿易社製商品名）、アルファドールファストトロイ
ズブルーＧＬ−Ｗ（ヘキスト社製商品名）、アシッドプ
リルシアミンＧ（洪水貿易社製商品名）、チューガノー
ルウールブルーＲ（中外製薬社製商品名）、スプラノー
ルシアミン７ＢＦ　（バイエＡ商品名）、アミ　０ ニルスカイブルーＦ−Ｒ（住友化学社製商品名）、イノ
ラーファストネイビーブルーＧ（弁上化学工業所社製商
品名）、エリツリーネイビーブルーＧ（チバガイキー社
製商品名）、アルファノールファストブルーＦＧＬ　（
ヘキスト社製商品名）等のアシッドブルー系統が好適で
ある。吸光剤としては、この他に例えば光によって退色
する化合物を使用できる。中でも、特開昭８１−２１９
０３８号公報に開示されたジアゾニウム塩系統の化合物
が好適である。特に、４−ジメチルアミノナフタレンジ
アゾニウムパラトルエンスルフォン酸塩が好適である。

また、次工程での全面照射をＸ線を用いて行う場合には
、吸光剤として重金属を含有するものを用いることが望
ましい。

次いで、前記光吸収材料層９が被覆されたレジスト膜２
全面に紫外線又はＸ線を照射する。この時、第３図（Ｄ
）に示すように凹部８に充填された光吸収材料層９の箇
所で照射した紫外線又はＸ線を吸収してマスクとして作
用し、それ以外のレジスト膜２の領域に紫外線又はＸ線
が照射される１ま ため、レジスト膜２の底部まで達するコントラストの高
い潜像１０が形成される。

次いで、全面照射後のレジスト膜２を再度、現像処理す
ることにより、第３図（Ｅ）に示すようにレジスト膜２
の潜像１０部分が選択的に溶解されて前記マスク　５と
逆のネガ型レジストパターン１１が形成される。

（作用） 本発明によれば、基板上の比較的厚いレジスト膜に電離
放射線又は短波長の紫外線を選択的に照射し、補助的に
透過性が良好な紫外線を照射することによって、最初の
選択照射により形成されたレジスト膜内部の潜像のコン
トラストを増大できるため、この後の現像処理により高
精度で形状が良好なレジストパターンを形成することが
できる。また、レジスト膜への照射に際して透過率上昇
のない電子線を用いた場合、電子線照射によるレジスト
膜の退色を利用し、次工程での紫外線の全面照射によっ
て、コントラスト増加効果を得ることができるため、感
度上昇と共に断面形状か良２ 好なレジストパターンを形成できる。

また、本発明の別の方法によれば最初の選択的な照射に
よりレジスト膜に形成された潜像を一度現像することに
よって、レジスト膜表面に次工程での紫外線の全面照射
に際してのマスクにおける開口部に想到するパターンを
形成できるため、紫外線の全面照射、再現像処理により
断面形状が良好なレジストパターンを形成できる。

更に、本発明の別の方法によれば最初の選択的な照射に
よりレジスト膜に形成された潜像を一度現像して凹部を
形威し、ここに次工程での紫外線又はＸ線の全面照射に
際してのマスクとなる光吸収材料を充填することによっ
て、紫外線又はＸ線の全面照射、再現像処理により断面
形状が良好なネガ型レジストパターンを形成てきる。

以上、本発明方法によれば光吸収が大きく、かつ膜厚の
厚いレジスト膜への適用において、高精度かつ断面形状
が良好なレジストパターンを形成でき、ひいてはドライ
エツチング工程でのマスクとして十分に使用に耐え、基
板等の下地を精度よ３ くエツチングできる等の効果を奏する。

（実施例） 以下、本発明の実施例を詳細に説明する。

実施例１ まず、３，５−キシレノール、メタクレゾールをホルム
アルデヒドで縮合したノボラック樹脂に２．３，４．４
’　　−テトラヒドロキシベンゾフェノンの１．２−ナ
フトキノンジアゾ−４−スルフォン酸エステルを２０重
量％配合し、これらを２．５倍重量のエチルセロソルブ
アセテートに溶解し、濾過することによりレジスト溶液
を調製した。つづいて、このレジスト溶液をシリコンウ
ェハ上に塗布して厚さ１μｍのレジスト膜を形成した後
、該レジスト膜に電子線を加速電圧３０ｋＶの条件で照
射した。この後、水銀のｈ線（波長４０５ｒ＋ｎ＋）を
５ｍＷ／ｃｍンの条件で全面に５秒間照射した。

前記電子線の照射後の感度及びｈ線の全面照射後の感度
を調べた。その結果を第４図に示す。この第４図から明
らかなように電子線の照射、ｈ線の全面照射を行うこと
によって感度の上昇がなさ４ れることがわかる。また、同方沃よりガンマ値の向上も
が観測された。

実施例２ 前記実施例］−と同様なレジスト膜に０．２μｍのビー
ム径を有する電子線を２０μＣ／ｃｍ２の条件て走査し
てラインアンドスペースのパターンを描画した。つづい
て、水銀のｈ線（波長４０５ｎｍ）を５ｍＷ／ｃｍ２の
条件で全面に５秒間照射した後、２．３８％の濃度のＴ
ＭＡＨ水溶液で２分間現像処理した。

その結果、０．３μｍのラインアンドスペースのパター
ンまで解像できた。これに対し、前記電子線の走査、描
画後に２．３８％の濃度のＴＭＡＨ水溶液で４分間現像
処理した場合、０．５μｍのラインアンドスペースのパ
ターンまでしか解像できなかった。

実施例３ 前記実施例１と同様なレジスト膜に波長０．２４８μｍ
のエキシマレーザ光によって　ｌｏｏｍＪ／ｃｎ＋２の
条件でラインアンドスペースのパターンを照耶１し５ た。つづいて、水銀のｈ線（波長４０５ｎｍ）を５ｍＷ
／ＣＩｎ２の条件で全面に５秒間照射した後、２．３８
％の濃度のＴＭＡＨ水溶液で２０秒間現像処理した。

その結果、０．３μｍのラインアンドスペースのパター
ンまで解像できた。この時のパターンのウオール角は６
０°であった。これに対し、前記エキシマレーザ光の照
射後に２．３８％の濃度のＴＭＡＨ水溶？ｒｌで４０秒
間現像処理した場合、０．４μｍのラインアンドスペー
スのパターンまでしか解像できなかった。

実施例４ 前記実施例１と同様なレジスト膜に０．２μｍのビーム
径を有する電子線を２０μＣ／Ｃ１１２の条件で走査し
てラインアンドスペースのパターンを描画した。つづい
て、２．３８％の濃度のＴＭＡＨ水溶液で４分間現像処
理した。ひきつづき、水銀のｈ線（波長４０５ｎｍ）を
５ｍＷ／Ｃｍ２の条件で全面に６秒間照射した後、再度
、２．３８％の濃度のＴＭＡＨ水溶液で２０秒間現像処
理した。

６ その結果、０．２μｍのラインアンドスペースのパター
ンまで解像できた。

実施例５ 前記実施例１と同様なレジスト膜に波長０．２４８μｍ
のエキシマレーザ光によってＬＯＯｍＪ／ｃｍ２の条件
でラインアンドスペースのパターンを照射した。つづい
て、２．３８％の濃度のＴＭＡＨ水溶液で４０秒間現像
処理した。ひきつづき、水銀のｈ線（波長４０５■）を
５ｍＷ／ｃｍ２の条件で全面に１０秒間照射した後、再
度、２．３８％の濃度のＴＭＡＨ水溶液で４０秒間現像
処理した。

その結果、０．３μｍのラインアンドスペースのパター
ンがウオール角は７０°で、かつ膜減りが０．１μｍ以
下で解像できた。

実施例６ 前記実施例１と同様なレジスト膜に０．２μｍのビーム
径を有する電子線を２０μＣ／Ｃｍ２の条件で走査して
ラインアンドスペースのパターンを描画した。つづいて
、２．３８％の濃度のＴＭＡＨ水溶波で４分間現像処理
した。現像により凹凸が形成さ　７ れたレジスト膜表面に染料（ダイワ化成社製商品名、Ｍ
Ｂ−１５）を１重量％含む５％濃度のガントレッツ水溶
液をスピン塗布して厚さ　０．２μｍの光吸収材料層を
形成した。ひきつづき、水銀のｈ線（波長４０５ｎｍ）
を５ｍＷ／Ｃｍ２の条件で全面に１０秒間照射した後、
再度、２，３８％の濃度のＴＭＡＨ水溶液で４０秒間現
像処理した。

その結果、最初の０．３μｍのラインアンドスペースの
パターンが反転されたネガパターンを解像できた。

実施例７ 前記実施例１と同様なレジスト膜に０．２μｍのビーム
径を有する電子線を２０μＣ／ｃｍ２の条件で走査して
ラインアンドスペースのパターンを描画した。つづいて
、２．３８％の濃度のＴＭＡＨ水溶液で４分間現像処理
した。現像により凹凸が形成されたレジスト膜表面に　
１重量％のバソフエナントロリンスルルフォン酸ナトリ
リウム鉄錯体を含有する　５％濃度のポリスチレンスル
フォン酸水溶液をスピン塗布して厚さ　０．３μｍの光
吸収材料層を８ 形成した。ひきつづき、Ａ１１）のＫａ線を１００ＩＩ
Ｊ／ｃｍ２の条件で全面に照射した後、再度、２．３８
％の濃度のＴＭＡＨ水溶波で２０秒間現像処理した。

その結果、最初の０，３μｍのラインアンドスペースの
パターンが反転されたネガパターンを解像できた。

実施例８ 前記実施例１と同様なレジスト膜に波長０．２４８μｍ
のエキシマレーザ光によって１００ｍＪ／　ｃｍ２の条
件でラインアンドスペースのパターンを照射した。つづ
いて、２，３８％の濃度のＴＭＡＨ水溶波で４０秒間現
像処理した。現像により凹凸が形成されたレジスト膜表
面に染料（ダイワ化成社製商品名ＭＢ−１５）を１重量
％含む５％濃度のガントレッツ水溶液をスピン塗布して
厚さ　０．２μｍの光吸収材料層を形成した。ひきつづ
き、水銀のｈ線（波長４０５ｎｍ）を５ｍＷ／ｃｍ２の
条件て全面に８秒間照射した後、再度、２，３８％の濃
度のＴＭＡＨ水溶戒で４０秒間現像処理した。

９ その結果、最初の０３μｍのラインアンドスペースのパ
ターンが反転されたネガパターンを解像できた。

［発明の効果］ 以上詳述した如く、本発明によれば光吸収が大きく、か
つ膜厚の厚いレジスト膜への適用において、高精度かつ
良好な形状のレジストパターンを形成でき、ひいてはド
ライエツチング工程でのマスクとして十分に使用に耐え
、基板等の下地を精度よくエツチングできる等の効果を
奏する。

【図面の簡単な説明】

第１図（Ａ）〜（Ｄ）は本発明の第１のパターン形成を
工程順に示す概略断面図、簗２図（Ａ）〜（Ｄ）は本発
明の第２のパターン形成を工程順に示す概略断面図、第
３図（Ａ）〜（Ｅ）は本発明の第３のパターン形成を工
程順に示す概略断面図、第４図は電子線照射のみの場合
及び電子線照射後にｈ線の全面照射を行った場合におけ
る電子線照射量に対する規格化残膜率の関係を示す特性
図である。 　０ １・・・基板、 ２・・・レジス ト膜、 ６、 １０・・潜 像、 ５・・・マスク、 ７、 Ｉ（・・ パターン、 ８・・ 凹部、 ９・・・光吸収材料層。

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. （１）基板上のレジスト膜に電離放射線又は短波長の紫
   外線を選択的に照射して潜像を形成する工程と、前記レ
   ジスト膜に紫外線を全面照射した後、現像処理を行う工
   程とを具備したことを特徴とするパターン形成方法。
2. （２）基板上のレジスト膜に電離放射線又は短波長の紫
   外線を選択的に照射して潜像を形成した後、現像処理を
   施す工程と、前記レジスト膜に紫外線を全面照射した後
   、再度、現像処理を行う工程とを具備したことを特徴と
   するパターン形成方法。
3. （３）基板上のレジスト膜に電離放射線又は短波長の紫
   外線を選択的に照射して潜像を形成した後、現像処理を
   施す工程と、前記レジスト膜の少なくとも溶解部に光吸
   収性材料を充填する工程と、紫外線又はＸ線を全面照射
   した後、再度、現像処理を行う工程とを具備したことを
   特徴とするパターン形成方法。