JPH04363014A - レジストパターンの形成方法 - 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】

【０００１】［発明の目的］

【０００２】

【産業上の利用分野】本発明は、半導体装置の製造工程
におけるレジストパターンの形成方法に関する。

【０００３】

【従来の技術】近年、ＬＳＩデバイスの微細化傾向が進
んでおり、従来の光学式リソグラフィーでは実現困難な
サブミクロン領域での微細パターン形成を成し得るリソ
グラフィー技術として、電子線や遠紫外光（エキシマー
レーザー等）によるリソグラフィーが注目されている。

【０００４】しかしながら、電子線リソグラフィーには
電子線の固体内散乱に起因する、いわゆる近接効果の影
響により、描画および現像後のパターン形状や寸法等が
著しく劣化するという欠陥を内在していた。また、電子
線リソグラフィーは従来の光学式リソグラフィーに比べ
スループットで劣るため、その解決策として、従来より
高電流密度で照射する方式が提案されていた。

【０００５】しかし、この方式でも電流密度が高くなれ
ばなるほど、電子線の持つエネルギーが固体内散乱によ
り熱エネルギーに変換され、その熱がレジスト中に堆積
・吸収されることによる、いわゆるレジストヒーティン
グ効果が顕在化するため、レジストの耐熱性に起因して
パターンのコントラストが劣化するという欠陥があった
。

【０００６】特に、放射線分解型レジストＰＭＭＡ（ポ
リメタクリル酸メチル）などにおける、レジストヒーテ
ィング効果による著しいパターン劣化は、例えば文献「
Ｊｏｕｒｎａｌ　　ｏｆ　　Ｖａｃｕｕｍ　　Ｓｃｉｅ
ｎｃｅ　　Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ　　Ｂ、Ｖｏｌ．６、
ＰＰ．８５３〜８５７」においても示されている。

【０００７】尚、レジストヒーティング効果の影響は短
波長のエキシマーレーザーリソグラフィーにおいても指
摘されている。

【０００８】更には、上述したサブミクロンリソグラフ
ィー技術を実用化するために必要な、高感度、高コント
ラストでかつドライエッチング耐性に優れたレジスト材
は存在しなかった。

【０００９】しかしながら、最近、従来のレジスト材料
とは異なる特性を有する化学増幅型と呼ばれる高感度の
レジスト材料が登場し、遠紫外光（エキシマーレーザー
等）や電子線によるリソグラフィーを実用化することの
できるレジスト材料として期待されている。

【００１０】この化学増幅型のレジスト材料は酸の触媒
反応を利用して感度及び解像度の向上を図ったものであ
り、例えば化学増幅型のネガ型レジスト材料は、樹脂と
架橋剤と酸発生剤とから構成される。このレジスト材料
に露光を行うと酸発生剤から発生する。この後、加熱処
理（露光後ベーク処理、以下、「ＰＥＢ処理」と呼ぶ）
することにより、酸が前記レジスト材料中を拡散しなが
ら後架橋剤に作用してこの中に活性点を作り出す。この
活性点を介して樹脂との架橋が進み、その結果、架橋部
分は現像液に対して難溶化し、現像後パターンが形成さ
れる。

【００１１】この化学増幅型のネガ型レジスト材料では
、露光により発生する酸の量がわずかでも架橋が進むの
で、露光量の小さい部分でもある程度難溶化する。従っ
て、従来のボジ型レジスト材料のように露光量に大きく
依存してパターンが形成されてしまうものと比較すると
、側壁の垂直性の良い寸法精度のすぐれたパターンを形
成しやすいという利点がある。

【００１２】しかしながら、化学増幅型のレジスト材料
における酸の拡散過程の障壁エネルギーは低く、酸の拡
散は室温にあっても多少進行している。これにより、露
光後の放置時間により感度の相違が生じることになる。 このような感度の経時変化は、図１０に示すように、露
光後のＰＥＢ処理までの時間とともに高感度化し、レジ
スト材料の特性による時間で飽和する傾向にある。この
ように、レジスト材料の感度変化が大きい領域にあって
は、レジスト材料のコントラストにもバラツキが生じて
、微細パターンの加工精度を低下させることになる。

【００１３】したがって、安定した感度及びコントラス
トを得るためには、露光とＰＥＢ処理との間にレジスト
材料が安定するに足る一定の時間をとればよいことにな
る。しかしながら、このような方法にあっては、処理時
間が長くなり、スループットが低下することになる。

【００１４】また、化学増幅型のレジスト材料における
ＰＥＢ処理は、文献「Ｊｏｕｒｎａｌ　　ｏｆ　　Ｖａ
ｃｕｕｍ　　Ｓｃｉｅｎｃｅ　　Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ
　　Ｂ、Ｖｏｌ．６、ＰＰ．３７９〜３８３」に示され
ているように、処理温度、処理時間等の処理条件の違い
が感度特性やコントラスト特性に著しく影響を与えるこ
とが知られている。このため、レジストパターンの寸法
精度や断面形状を向上させるためには、ＰＥＢ処理工程
におけるレジストパターン形状の制御性を高める必要が
ある。

【００１５】

【発明が解決しようとする課題】以上説明したように、
エキシマレーザー等の遠紫外光や電子線等のエネルギー
線が有する優れた微細加工性を引き出す化学増幅型のレ
ジスト材料にあっては、エネルギー線の固体内散乱に起
因する近接効果やレジストヒーティング効果によるパタ
ーン寸法や断面形状の劣化が十分に改善されていなかっ
た。

【００１６】また、化学増幅型レジスト材料にあっては
、従来型のレジスト材料に比して新たにＰＥＢ処理が必
要となるため、工程数の増加を招いていた。

【００１７】さらに、従来のＰＥＢ処理にあっては、ス
ループットの低下を招くことなく、安定した感度及びコ
ントラストを得ることは困難であるとともに、レジスト
パターンにおける側壁の垂直性を得ることが困難であっ
た。

【００１８】そこで、この発明は、上記に鑑みてなされ
たものであり、その目的とするところは、工程数の低減
を図り、化学増幅型のレジスト材料におけるパターンの
寸法精度及び側壁の垂直性を向上させ、半導体装置にお
ける微細加工ならびに高集積化に寄与するレジストパタ
ーンの形成方法を提供することにある。

【００１９】［発明の構成］

【００２０】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
、請求項１記載の発明は、被処理層上に化学増幅型のレ
ジスト層を塗布形成する第１の工程と、前記第１の工程
で塗布されたレジスト層中に酸を発生させる第２の工程
と、前記第２の工程後のレジスト層で熱架橋反応あるい
は熱分解反応を進行させるに足るエネルギーを有するエ
ネルギー線を前記レジスト層に選択的に照射して発熱さ
せる第３の工程と、前記第３の工程後のレジスト層を現
像して選択的に除去する第４の工程とからなる。

【００２１】一方、請求項２記載の発明は、被処理層上
に化学増幅型のレジスト層を塗布形成する第１の工程と
、前記第１の工程で塗布されたレジスト層中に酸を選択
的に発生させる第２の工程と、前記第２の工程後のレジ
スト層で熱架橋反応あるいは熱分解反応を進行させるに
足るエネルギーを有するエネルギー線を前記第２の工程
で酸が発生した前記レジスト層の領域に選択的に照射し
て発熱させる第３の工程と、前記第３の工程後のレジス
ト層を現像して選択的に除去する第４の工程とからなる
。

【００２２】また、請求項５記載の発明は、被処理層上
に塗布されて露光された化学増幅型のレジスト層を加熱
する露光後ベーク処理を複数回行なう第１の工程と、前
記第１の工程後のレジスト層を現像して選択的に除去す
る第２の工程とからなる。

【００２３】さらに、請求項７記載の発明は、被処理層
上に塗布されて露光された化学増幅型のレジスト層を加
熱する露光後ベーク処理を複数回行なう第１の工程と、
前記第１の工程後のレジスト層を現像して選択的に除去
する第２の工程とを交互に複数回行なっている。

【００２４】

【作用】請求項１又は２の発明にあっては、従来のよう
に電子線やエキシマレーザー等のエネルギー線の照射を
、化学増幅型レジスト中の酸発生のトリガーとしてでは
なく、むしろ高い収束性を持つ熱源として使用すること
を特徴とする。

【００２５】すなわち、電子線やエキシマーレーザー等
の照射により酸発生剤を活性化させた後、この発生した
酸が存在する場所に高電流密度のエネルギー線により熱
を加えることで架橋あるいは分解反応を進行させ、レジ
ストヒーティング効果によるレジスト中の熱堆積を、パ
ターニング部分のみの選択的な加熱に利用している。つ
まり、酸の存在下で、パターニング部分のみが選択的に
加熱されることにより架橋あるいは分解反応を進行させ
ている。

【００２６】したがって、パターニング部分近傍の架橋
あるいは分解反応は解消され、近接効果の影響が著しく
低減されることになる。このことは、実際にはレジスト
パターンの高コントラスト化にもつながる。

【００２７】また、本発明では、通常のＰＥＢ処理を行
わないことも可能であり、従来の化学増幅型レジストを
用いた半導体装置の製造プロセスに比べて、大幅な時間
の短縮も期待される。

【００２８】請求項５記載の発明は、露光後の化学増幅
型レジスト材料に対して、第１段階のＰＥＢ処理は、露
光により発生した酸が拡散するには足るが熱架橋あるい
は熱分解反応を生じるには至らない程度のエネルギーを
与えうるに適切な温度で行なう。

【００２９】次に、このような第１段階のＰＥＢ処理を
行なった後に行なう第２段階のＰＥＢ処理は、熱架橋あ
るいは熱分解反応を引き起こすに足る十分なエネルギー
を与えうる温度で行なう。

【００３０】この熱架橋あるいは熱分解反応はレジスト
材料の特性によって決まる律速過程に対応するものであ
るが、この反応の素過程が多岐にわたる場合には、第１
段階のＰＥＢ処理と第２段階のＰＥＢ処理との間に、そ
れぞれの素過程に対応したＰＥＢ処理を挿入するように
してもよい。このような場合には、次の段階のＰＥＢ処
理に進むにつれてその処理温度を上昇させる。このよう
に、露光後のＰＥＢ処理をレジスト材料の潜像形成にお
けるそれぞれの反応過程の活性化エネルギー差を利用し
て段階的に行なうようにしている。

【００３１】請求項７記載の発明にあっては、化学増幅
型レジスト材料を用いたパターン形成方法に特有のＰＥ
Ｂ処理を、複数の段階に別けて表面処理やリンス（洗浄
）処理と同時に、しかも現像と交互に複数回繰り返して
行うことにより、工程数の負担を軽減し、表面処理やリ
ンス処理に使われる液体の温度や処理時間を制御するこ
とにより、レジストの深さ方向に対して感度特性やコン
トラスト特性を段階的あるいは連続的に変化させる効果
を生じさせ、パターンの断面形状の制御を可能にしてい
る。

【００３２】

【実施例】以下、図面を用いてこの発明の実施例を説明
する。

【００３３】図１はこの発明の一実施例に係るレジスト
パターン形成方法によってパターニングされる化学増幅
型レジスト材料における感度特性を示す図である。同図
に示す感度特性を得るレジストパターンの形成方法は、
化学増幅型のネガ型レジスト材料に含まれて熱架橋反応
の前駆体となる酸発生剤を予め活性化させた後、高電流
密度の電子線や短波長のエキシマーレーザーで描画する
ことにより、残存させるレジスト部分にのみ選択的にレ
ジストヒーティング効果による熱を発生させ、この部分
にのみ熱架橋反応を進行させるようにしたものである。

【００３４】図１において、感度特性は、０．５（μｍ
）程度の膜厚のＳＡＬ６０１−ＥＲ７（シップレー社製
、商品名）の化学増幅型のネガレジスト材料を４０（Ｋ
ｅＶ）程度の加速エネルギーの電子線露光装置を用いて
露光した際の測定結果である。

【００３５】図１（ａ），（ｂ），（ｃ）はそれぞれ、
電流密度１０（Ａ／ｃｍ２　）、電流密度６０（Ａ／ｃ
ｍ２　）、電流密度４００（Ａ／ｃｍ２　）の場合のビ
ームサイズ依存性を示している。図１から電流密度の増
加にともない残膜厚０（μｍ）での露光量が次第に減少
している様子が認められる。また、図１（ｃ）に見られ
るように、ビームサイズが大きくなり発熱量が多くなる
ほど感度が高められている。

【００３６】したがって、同じ照射量であれば電流密度
が高いほど照射時間が短くなることを考慮すると、図１
に見られる傾向は、レジストヒーティング効果がパター
ン形成に対して有利に作用した結果と考えられる。

【００３７】図２はビームサイズ０．５（μｍ）の場合
の残膜厚０（μｍ）での露光量と、ビームサイズ１．５
（μｍ）の場合の残膜厚０（μｍ）での露光量との差△
Ｄを電流密度に対して示した図である。露光量の差△Ｄ
はレジストヒーティングによる発熱量の程度を表す指標
と考えられ、図２から電流密度の増加にともない発熱量
が大きくなることがわかる。すなわち、照射するエネル
ギーや照射する面積が大きいほどレジスト中の熱の発生
量は大きくなることがわかる。

【００３８】図３は高電流密度の電子線を熱源として、
熱架橋反応に利用した場合のパターン形成方法を示す図
である。

【００３９】まず、被処理層１上に、化学増幅型のネガ
レジスト（ＳＡＬ６０１−ＥＲ７）を塗布及びベークし
、膜厚０．５（μｍ）の塗膜２を形成した後、露光を塗
膜２の全面に行い、レジスト中に酸３を発生させる。 ただし、この露光工程においては、熱架橋反応を進行さ
せるのに十分なエネルギーを与えないことが要求される
。すなわち、電子線描画装置を用いた場合は、加速エネ
ルギー４０（ＫｅＶ）、電流密度１０（Ａ／ｃｍ２　）
、ドーズ量１０（μＣ／ｃｍ２）の条件で照射を行ない
、エキシマーレーザー等の光学式ステッパーを用いた場
合は、露光時間０．３（ｓ）で、Ｅ＝２００（ｍＪ／ｃ
ｍ２　）のエネルギー量に達する露光量条件で照射を行
なう（図３（ａ））。

【００４０】次に、高電流密度の電子線を熱源として、
パターニング部分に照射する。これにより、照射量に応
じた新たな酸発生とほぼ同時に、レジストヒーティング
効果の影響で、パターニング部分のレジスト温度が選択
的に上昇する。例えば、可変成形型ベクタースキャン方
式の電子線描画装置を用いた場合、加速エネルギー４０
（ＫｅＶ）、電流密度２００（Ａ／ｃｍ２　）、ドーズ
量２０（μＣ／ｃｍ２　）、ショットサイズ１．０×１
．０（μｍ）の矩形ビームで照射すると、パターニング
部分のレジスト温度は１００℃程度まで上昇し、選択的
に架橋反応が進行する。

【００４１】次に、レジスト材料を現像処理し、所望の
レジストパターンを得る（図３（ｃ））。

【００４２】このような形成方法にあっては、パターニ
ング部分以外の領域は例え酸が存在するにしても、反応
を進行させるのに十分な熱が与えられていないために、
レジスト現像後には、図３（ｃ）に示すような近接効果
の影響が著しく低減された、高いコントラストを持つレ
ジストパターンが形成できる。

【００４３】一方、熱架橋反応の熱源として短波長のエ
キシマーレーザーを利用してもよく、例えばＫｒＦエキ
シマーレーザーを用いた場合には、１００（ｍＪ／ｐｕ
ｌｓｅ／ｃｍ２　）のエネルギー量のパルスを、１０（
ｍｓ）間隔で１（ｓ）間照射すると、パターニング部分
のレジスト温度は１００℃程度にまで上昇して、選択的
に熱架橋反応が進行し、上述した実施例と同様の効果を
得ることができる。

【００４４】図４は高電流密度の電子線を熱源として、
熱架橋反応に利用した場合のパターン形成方法の一実施
例を示す図である。

【００４５】まず、被処理層１上に、化学増幅型レジス
ト（ＳＡＬ６０１−ＥＲ７）を塗布及びベークし、膜厚
０．５（μｍ）の塗膜２を形成した後、パターニング部
分にのみ露光を行い、パターニング部分のレジスト中に
のみ酸３を発生させる。ただし、この露光工程において
も、熱架橋反応を進行させるのに十分なエネルギーを与
えないことが要求される。すなわち、電子線描画装置を
用いた場合は、加速エネルギー４０（ＫｅＶ）、電流密
度１０（Ａ／ｃｍ２　）、ドーズ量１０（μＣ／ｃｍ２
　）の条件で照射を行ない、エキシマーレーザー等の光
学式ステッパーを用いた場合には、露光時間０．３（ｓ
）で、Ｅ＝２００（ｍＪ／ｃｍ２　）のエネルギー量に
達する露光量条件で照射を行なう（図４（ａ））。

【００４６】次に高電流密度の電子線を熱源として、パ
ターニング部分に照射することにより、前述した実施例
と同様に、照射量に応じた新たな酸発生とほぼ同時に、
レジストヒーティング効果の影響で、パターニング部分
のレジスト温度が選択的に上昇する。例えば可変成形型
ベクタースキャン方式の電子線描画装置を用いた場合に
は、前述した実施例と同様の温度上昇が得られる（図４
（ｂ））。

【００４７】次に、レジスト材料を現像し、所望のパタ
ーンを得る（図４（ｃ））。

【００４８】このような方法にあっても、図４（ｃ）に
示すような近接効果の影響が著しく低減された、高いコ
ントラストを持つレジストパターンの形成が可能となる
。

【００４９】また、上記実施例にあっても、前述したと
同様に、熱架橋反応の熱源として短波長のエキシマーレ
ーザーを用いてもよく、同様の効果を得ることが可能で
ある。

【００５０】さらに、上述したすべての実施例において
、ホットプレートなどを用いたウエハー全面への加熱（
ＰＥＢ処理）を追加することで、コントラストをより一
層向上させることもできる。また、通常のＰＥＢ処理が
省略可能なことから、従来の化学増幅型レジストを用い
たパターン形成プロセスに比べて、工程数の削減及び現
像時間の短縮化を図ることができる。

【００５１】このように、本発明によれば、電子線や遠
紫外光（エキシマーレーザー等）による、サブミクロン
領域での微細パターン形成を実現するにあたって問題と
なる近接効果およびレジストヒーティング効果の影響に
よるパターン精度の劣化を解消し、しかも現像時間が大
幅に短縮できると同時に、コントラストを著しく改善す
ることができる。

【００５２】図５はこの発明の一実施例に係るレジスト
パターン形成方法の一工程断面図である。同図に示す実
施例のパターン形成方法は、化学増幅型のネガレジスト
材料を用いたパターン形成工程におけるＰＥＢ処理を２
段階に別けて行なうようにしたものである。

【００５３】図５において、まず、シリコンの半導体基
板４上を酸化し、０．８（μｍ）程度の膜厚の酸化膜５
を形成する。次に、化学増幅型のネガレジスト材料（Ｓ
ＡＬ６０１−ＥＲ７）を酸化膜５上に塗布し、プリベー
ク処理を行ない、０．５（μｍ）程度の膜厚のレジスト
膜６を酸化膜５上に形成する。

【００５４】次に、クリプトン、フッ素、ヘリウムの混
合ガスを用いたエキシマーレーザーにおける２４８．４
（ｎｍ）の発振線を照射線とする縮小投影露光装置によ
り、マスクを介してレジスト材料６にパターン露光する
。この露光時のエネルギー強度は５０〜１００（ｍＪ／
ｃｍ２　）程度とする。

【００５５】次に、第１段階のＰＥＢ処理として、露光
直後に５０℃の処理温度で６０秒間のＰＥＢ処理を行な
った試料と露光２時間後に同様の処理条件でＰＥＢ処理
を行なった試料とを用意する。

【００５６】次に、第２段階のＰＥＢ処理として、上記
工程における両試料のレジスト材料６に対して熱架橋反
応を生じさせるに足る１００℃の処理温度で１２０秒間
のＰＥＢ処理を行ない、その後、アルカリ現像液（例え
ばメタルフリー現像液ＭＦ３１２、シップレー社製、商
品名）を脱イオン水で１：１に稀釈した０．２７（Ｎ）
程度の濃度の現像液に１００秒間浸漬して現像を行なう
。

【００５７】このような工程を経て形成されるレジスト
パターンにあっては、露光から第１段階のＰＥＢ処理ま
でに要した時間がそれぞれ異なるそれぞれの試料にあっ
ても、同一の露光エネルギーにより、０．３５（μｍ）
間隔の精度で垂直な側壁が得られた。

【００５８】これに対して、第１段階のＰＥＢ処理を行
なわず、第２段階のＰＥＢ処理のみを行なった場合には
、露光直後にＰＥＢ処理を行なった試料は露光２時間後
にＰＥＢ処理を行なった試料に比して、露光エネルギー
が約１５（％）程度多く必要としていたため、０．３５
（μｍ）間隔でのパターンが精度良く形成することがで
きなかった。

【００５９】したがって、上記実施例によれば、露光後
のＰＥＢ処理までの時間に左右されることなくレジスト
材料の感度を安定させることが可能となり、高精度のレ
ジストパターンを得ることができる。

【００６０】次に、露光後のＰＥＢ処理を２段階に分け
て行なう他の実施例を説明する。

【００６１】まず、上述した実施例と同様にしてレジス
ト材料を塗布形成した２４枚の試料を連続して露光し、
露光後のすべての試料を１０℃程度の温度の雰囲気中で
放置する。この処理は、その処理温度が室温に比しては
低いが広義のＰＥＢ処理と呼べるものであり、第１段階
のＰＥＢ処理に相当するものである。

【００６２】次に、第２段階のＰＥＢ処理として、９５
℃の処理温度で１２０秒間のＰＥＢ処理を行ない、上述
したと同様にして現像処理を行なった。

【００６３】このようなＰＥＢ処理にあっては、２４枚
すべての試料に対して同一の露光量により０．３５（μ
ｍ）間隔で側壁が垂直なレジストパターンが得られ、上
述した実施例と同様の効果が得られた。このことは、第
１段階のＰＥＢ処理において露光により発生した酸の拡
散が低温のため停止し、第２段階のＰＥＢ処理が露光後
の時間に係りなくいずれの試料に対しても同様に作用し
たためである。

【００６４】これに対して、第１段階のＰＥＢ処理を室
温の雰囲気中で行なった場合には、最初に第２段階のＰ
ＥＢ処理を行なった試料と最後に行なった試料との間に
約１５（％）程度の感度差が生じ、精度の良好なレジス
トパターンを得ることができなかった。

【００６５】なお、上記実施例において、露光処理及び
現像処理における処理条件は説明したものに限ることは
なく、適宜変更しても同様の効果を得ることができる。

【００６６】次に、化学増幅型のネガレジスト材料にお
けるＰＥＢ処理温度あるいはＰＥＢ処理時間に対する感
度特性について説明する。

【００６７】図６は電子線露光装置を用いた化学増幅型
のネガレジスト材料における感度特性の測定結果を示し
た図である。

【００６８】図６（ａ）は感度特性のＰＥＢ温度依存性
を示す図である。同図（ａ）から、感度特性はＰＥＢ温
度の上昇とともに高感度化することがわかる。すなわち
、ＰＥＢ温度を上昇させることにより、実効的にはドー
ズ量を増加させた時と同等の効果が得られる。

【００６９】図６（ｂ）は感度特性のＰＥＢ時間依存性
を示す図である。同図（ｂ）からも、感度特性はＰＥＢ
時間の増加とともに高感度化することがわかる。すなわ
ち、ＰＥＢ時間を増加させることにより、実効的にはド
ーズ量を増加させた時と同等の効果が得られる。

【００７０】これらのことから、化学増幅型レジストの
感度特性は、露光後において、ＰＥＢ処理の温度や時間
を変化させることにより制御することが可能となる。

【００７１】図７は電子線露光装置を用いた化学増幅型
のネガレジストにおけるコントラスト特性（γ値）の測
定結果を示す図である。

【００７２】図７（ａ）はγ値のＰＥＢ温度依存性を示
す図である。同図（ａ）から、γ値はＰＥＢ温度の上昇
とともに大きくなることがわかる。すなわち、ＰＥＢ温
度を上昇させることにより、コントラスト特性を向上さ
せることができる。

【００７３】図７（ｂ）はγ値のＰＥＢ時間依存性を示
す図である。同図（ｂ）からも、γ値はＰＥＢ時間の増
加とともに大きくなることがわかる。すなわち、ＰＥＢ
時間を増加させることにより、コントラスト特性を向上
させることができる。

【００７４】すなわち、化学増幅型レジストにおける感
度特性あるいはコントラスト特性の温度・時間による特
性を、現像工程あるいはリンス処理工程の間に、レジス
トの深さ方向に対して適用することで、パターンの断面
形状の制御を行うことが可能である。

【００７５】次に、この発明に係るＰＥＢ処理を表面処
理やリンス処理と同時にかつ現像処理と交互に複数回繰
り返して行なうことによりレジストパターンを形成する
方法の一実施例を、図８に示す工程断面図を参照して説
明する。

【００７６】まず、被処理層１１上に化学増幅型のネガ
レジスト材料（例えばＳＡＬ６０１−ＥＲ７、シップレ
ー社製、商品名）を塗布及びベークし、膜厚０．６（μ
ｍ）程度のレジスト膜１２を被処理層１１上に形成する
。その後、エキシマーレーザー等の遠紫外線露光装置あ
るいは電子線露光装置を用いてレジスト膜１２上に所定
のパターンを照射する（図８（ａ））。

【００７７】次に、１００℃程度の温度で１．５分間、
ホットプレート上で加熱してＰＥＢ処理を行なう。これ
により、レジスト膜１２に近接効果の影響によるネガレ
ジスト特有のテーパ形状の潜像１３が形成される（図８
（ｂ））。

【００７８】次に、２０℃程度に温度制御されたアルカ
リ現像液（例えばＭＦ−６２２、シップレー社製、商品
名）１４に０．５分間浸漬して現像する。これにより、
レジスト膜１２の一部を除去する（図８（ｃ））。

【００７９】次に、８０℃程度に温度制御された純水１
５で０．５分間のリンス処理を行なった後、全体を十分
に乾燥させる。この工程におけるリンス処理は、本来の
リンス処理とともに結果として再度のＰＥＢ処理と同様
な機能を呈すると共に、純水による表面難溶化処理とな
り、レジスト膜１２の表面に難溶化層１６が形成され、
残存するレジスト膜１２の表面の現像液に対する溶解速
度が著しく減少する（図８（ｄ））。

【００８０】また、上記工程において、再度純水による
ＰＥＢ処理を行なうことによって、残存するレジスト膜
１２の露光領域は合せて２分間のＰＥＢ処理が施された
ことになり、実効的に感度特性及びコントラスト特性が
向上することになる。

【００８１】次に、再度２０℃程度に温度制御されたア
ルカリ現像液１４に６分間浸漬して現像した後、２０℃
程度に温度制御された純水で通常のリンス処理を行なう
（図８（ｅ））。

【００８２】最後に、全体を十分に乾燥させて、所望の
レジストパターン１７を得る（図８（ｆ））。

【００８３】このように、上記実施例にあっては、ＰＥ
Ｂ処理とリンス処理を同時かつ複数回繰り返し行なうこ
とにより、レジスト膜１２の感度特性及びコントラスト
特性が向上する。また、リンス処理中に純水と接するレ
ジスト膜１２は常に純水から熱の供給を受けており、レ
ジスト膜１２の下層部になるにしたがって温度が低下し
、下層部ほど架橋密度が減少するために、特に電子線露
光装置を用いて照射を行なった場合に顕在化する近接効
果によるパターンのテーパ形状が改善され、側壁の垂直
なレジストパターンを形成することができる。

【００８４】図９は上述したレジストパターン形成方法
の他の実施例を示す工程断面図である。同図に示す実施
例の特徴とするところは、上述した実施例における図８
（ｂ）に示す工程にあって、図９（ｂ）に示すように、
露光後に９０℃程度に温度制御された純水１８に１．５
分間浸漬することにより、ＰＥＢ処理と同時に純水によ
る表面難溶化処理を行ない、レジスト膜１２の全表面に
難溶化層１８を形成したことにあり、他の工程は図８に
示した実施例と同様である。

【００８５】このような工程により、上記実施例にあっ
ては、レジスト膜１２の潜像１３の上部に難溶化層１９
を形成することにより、次工程の現像処理において、残
存するレジスト膜１２となる潜像１３の上部の丸みを回
避することが可能となり、レジストパターンにおける側
壁の垂直性をより一層良好とすることができる。

【００８６】なお、上記実施例にあっては、ＰＥＢ処理
を前述したように複数の段階に分けて行なうようにして
もよい。

【００８７】このように、上記実施例に対応した本発明
にあっては、化学増幅型のレジスト材料を使用したパタ
ーン形成方法に特有のＰＥＢ処理工程を、現像工程やリ
ンス処理工程に組み入れることにより、工程数の負担を
軽減すると同時に、パターンの側壁保護等を目的とした
表面処理の効果を得ることができる。さらに、レジスト
膜の深さ方向に対して、感度特性やコントラスト特性を
段階的あるいは連続的に変化させる効果により、パター
ンの断面形状の制御が可能となる。

【００８８】

【発明の効果】以上説明したように、この発明によれば
、化学増幅型のレジスト材料を用いたパターン形成にお
いて、高エネルギー線の選択的な照射による発熱で熱架
橋あるいは熱分解反応を進行させるようにしたので、あ
るいは露光後ベーク処理を複数回行った後に現像処理を
行なうようにしたので、あるいは複数回の露光後ベーク
処理と現像処理を交互に複数回行なうようにしたので、
工程数の軽減を図り、化学増幅型のレジスト材料におけ
るパターンの精度及び側壁形状の垂直性が向上し、半導
体装置における微細加工ならびに高集積化に寄与するこ
とができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明の一実施例に係るレジストパターンの
形成方法における化学増幅型レジスト材料の感度特性の
測定結果を示す図である。

【図２】図１に示す感度特性から得られるレジスト材料
の特性を示す図である。

【図３】図１に示す感度特性を利用したレジストパター
ンの形成工程を示す工程断面である。

【図４】図１に示す感度特性を利用したレジストパター
ンの他の形成工程を示す工程断面図である。

【図５】この発明の一実施例に係るレジストパターンの
形成方法の一部工程を示す断面図である。

【図６】この発明の一実施例に係るレジストパターンの
形成方法における化学増幅型レジスト材料のＰＥＢ処理
温度に対する感度特性の測定結果を示す図である。

【図７】この発明の一実施例に係るレジストパターンの
形成方法における化学増幅型レジスト材料のＰＥＢ処理
時間に対するコントラスト特性の測定結果を示す図であ
る。

【図８】この発明の一実施例に係るレジストパターンの
形成方法における工程を示す断面図である。

【図９】この発明の一実施例に係るレジストパターンの
形成方法における工程を示す断面図である。

【図１０】化学増幅型レジスト材料の感度変化の様子を
示す図である。

【符号の説明】

１，１１　　被処理層 ２，６，１２　　レジスト層 ３　　酸 １３　　潜像 １４　　現像液 １５　　純水 １６，１８　　難溶化層

Claims (9)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】　　被処理層上に化学増幅型のレジスト層
   を塗布形成する第１の工程と、前記第１の工程で塗布さ
   れたレジスト層中に酸を発生させる第２の工程と、前記
   第２の工程後のレジスト層で熱架橋反応あるいは熱分解
   反応を進行させるに足るエネルギーを有するエネルギー
   線を前記レジスト層に選択的に照射して発熱させる第３
   の工程と、前記第３の工程後のレジスト層を現像して選
   択的に除去する第４の工程とを有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】　　被処理層上に化学増幅型のレジスト層
   を塗布形成する第１の工程と、前記第１の工程で塗布さ
   れたレジスト層中に酸を選択的に発生させる第２の工程
   と、前記第２の工程後のレジスト層で熱架橋反応あるい
   は熱分解反応を進行させるに足るエネルギーを有するエ
   ネルギー線を前記第２の工程で酸が発生した前記レジス
   ト層の領域に選択的に照射して発熱させる第３の工程と
   、前記第３の工程後のレジスト層を現像して選択的に除
   去する第４の工程とを有することを特徴とするレジスト
   パターンの形成方法。
3. 【請求項３】　　前記第２の工程は、電子線あるいは遠
   紫外光の照射により酸を発生させることを特徴とする請
   求項１又は２記載のレジストパターンの形成方法。
4. 【請求項４】　　前記第３の工程で用いられるエネルギ
   ー線は、電子線あるいは遠紫外光であることを特徴とす
   る請求項１又は２記載のレジストパターンの形成方法。
5. 【請求項５】　　被処理層上に塗布されて露光された化
   学増幅型のレジスト層を加熱する露光後ベーク処理を複
   数回行なう第１の工程と、前記第１の工程後のレジスト
   層を現像して選択的に除去する第２の工程とを有するこ
   とを特徴とするレジストパターンの形成方法。
6. 【請求項６】　　前記第１の工程の露光後ベーク処理は
   、処理回数が進むにつれて処理温度が段階的に高められ
   ることを特徴とする請求項５記載のレジストパターンの
   形成方法。
7. 【請求項７】　　被処理層上に塗布されて露光された化
   学増幅型のレジスト層を加熱する露光後ベーク処理を複
   数回行なう第１の工程と、前記第１の工程後のレジスト
   層を現像して選択的に除去する第２の工程とを有し、前
   記第１の工程と第２の工程とを交互に複数回行なうこと
   を特徴とするレジストパターンの形成方法。
8. 【請求項８】　　前記第１の工程における露光後ベーク
   処理は、温度制御された液体中で洗浄処理と同時に行な
   われることを特徴とする請求項７記載のレジストパター
   ンの形成方法。
9. 【請求項９】　　前記第１の工程における露光後ベーク
   処理は、処理温度及び処理時間が段階的あるいは連続的
   に変化するように制御されることを特徴とする請求項７
   又は８記載のレジストパターンの形成方法。