JPH07219239A - レジストパターンの形成方法 - Google Patents

レジストパターンの形成方法

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JPH07219239A
JPH07219239A JP6014216A JP1421694A JPH07219239A JP H07219239 A JPH07219239 A JP H07219239A JP 6014216 A JP6014216 A JP 6014216A JP 1421694 A JP1421694 A JP 1421694A JP H07219239 A JPH07219239 A JP H07219239A
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resist
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acids
acid
irradiated
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JP6014216A
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English (en)
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Jiro Yamamoto
治朗 山本
Koji Hattori
孝司 服部
Toshiyuki Yoshimura
俊之 吉村
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Hitachi Ltd
Original Assignee
Hitachi Ltd
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    • GPHYSICS
    • G03PHOTOGRAPHY; CINEMATOGRAPHY; ANALOGOUS TECHNIQUES USING WAVES OTHER THAN OPTICAL WAVES; ELECTROGRAPHY; HOLOGRAPHY
    • G03FPHOTOMECHANICAL PRODUCTION OF TEXTURED OR PATTERNED SURFACES, e.g. FOR PRINTING, FOR PROCESSING OF SEMICONDUCTOR DEVICES; MATERIALS THEREFOR; ORIGINALS THEREFOR; APPARATUS SPECIALLY ADAPTED THEREFOR
    • G03F7/00Photomechanical, e.g. photolithographic, production of textured or patterned surfaces, e.g. printing surfaces; Materials therefor, e.g. comprising photoresists; Apparatus specially adapted therefor
    • G03F7/70Microphotolithographic exposure; Apparatus therefor
    • G03F7/70425Imaging strategies, e.g. for increasing throughput or resolution, printing product fields larger than the image field or compensating lithography- or non-lithography errors, e.g. proximity correction, mix-and-match, stitching or double patterning
    • G03F7/7045Hybrid exposures, i.e. multiple exposures of the same area using different types of exposure apparatus, e.g. combining projection, proximity, direct write, interferometric, UV, x-ray or particle beam

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  • Physics & Mathematics (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Exposure Of Semiconductors, Excluding Electron Or Ion Beam Exposure (AREA)
  • Photosensitive Polymer And Photoresist Processing (AREA)
  • Exposure And Positioning Against Photoresist Photosensitive Materials (AREA)

Abstract

(57)【要約】 【目的】化学増幅系ポジ型レジストにおいて、レジスト
表面層の現像液に対する難溶化層を除去する簡便な方法
を提供する。 【構成】レジスト層22のレジスト表面の酸の不足によ
る現像液に対する難溶化層25を、第二のエネルギ線2
7の照射によって、表面層に新たに酸を発生させ、レジ
ストの表面層に酸補給部28を形成し、現像液に対して
易溶化させる。それにより、表面難溶化層の影響のない
形成パターン26を得る。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明はリソグラフィ工程に係
り、特に、酸触媒反応を利用した化学増幅系ポジ型レジ
ストを用いて、例えば、ウェハ上あるいはマスク上にパ
ターンを形成する方法に関する。
【0002】
【従来の技術】半導体製造の光,電子線リソグラフィ工
程において使用されているレジストは、現在解像度の向
上とともに高感度化の研究が盛んに行われている。レジ
ストの高感度化は、短い描画時間で多くのパターンの形
成を可能とし、半導体集積回路等を量産性を高める。
【0003】レジストの高感度化を達成するための一つ
として化学増幅系レジストと呼ばれるものがある。例え
ば、「レジスト材料・プロセス技術」104〜112
頁,技術情報協会,(1991年)に記述されているよ
うに、化学増幅系レジストではエネルギ線の照射によ
り、まず酸を発生させることが行われる。発生した酸
は、描画工程に引き続いて行う熱処理工程中、あるいは
室温中での放置期間中に進行するレジストの難溶化ある
いは易溶化の反応の際の触媒として作用することにな
る。
【0004】以下、図1に従い化学増幅系ポジ型レジス
トを用いた従来法の工程を説明する。シリコン基板11
上に高分子溶解抑止剤と、酸発生剤と、基底樹脂の三成
分からなる化学増幅系ポジ型レジストを1μmの厚さに
回転塗布し、熱処理(以下プリベーク)を行い、レジス
ト層12を形成した。
【0005】つぎに、図1(a)に示すように、所定の
位置に第一のエネルギ線14を照射し、被照射部分に選
択的に酸を発生させた。酸が発生した部分を酸発生部1
3とする。その後、熱処理(以下照射後ベークと呼ぶ)
を行い、照射によって発生した酸を触媒として、高分子
溶解抑止剤の分解反応を促進し、溶解抑止効果を消滅さ
せた。
【0006】さらに、現像処理を行い所定のレジストパ
ターンを形成した。ここで、従来法によると図1(b)
に示すように、レジスト表面における溶解速度がレジス
ト内部より遅い、いわゆる、表面難溶化層15が形成さ
れることが多かった。この表面難溶化層15のため、パ
ターンの上部が残るいわゆる「Tトップ」形状の形成パ
ターン16が得られたり、あるいは、パターンが全く形
成されなくなってしまう問題が生じていた。
【0007】表面難溶化層の形成の原因は、第39回応
用物理学会関係連合講演会予稿集,1992,春季,N
o.2,576頁に記述されているように、エネルギ線の
照射によって発生した酸と空気中の塩基性物質との反応
などが考えられる。
【0008】表面難溶化層の形成を防止するため、特開
平4−40346号公報に開示されているように酸あるいは弱
酸性塩を用いて化学増幅系ポジ型レジスト表面に酸処理
を施す工程、あるいはジャーナル オヴ フォトポリマ
サイエンス アンド テクノロジ(J. Photopolymer
Science and Technology 1993,Vol.6 No.14
9〜52)に開示されているように、化学増幅系ポジ型
レジストを酸性雰囲気にさらす工程により、表面難溶化
層における酸濃度の低下を補う方法等が行われてきた。
しかし、この方法は複雑で新たな処理が必要となるため
工程数の増加を招き、ひいては製造費用の増加をもたら
すという問題があった。
【0009】
【発明が解決しようとする課題】本発明の目的は、簡便
な方法によって、レジスト表面の現像液に対する難溶化
層を除去する方法を提示することにある。
【0010】
【課題を解決するための手段】上記目的は、被加工基板
上にレジストを塗布,プリベーク,第一のエネルギ線の
照射,照射後ベーク,現像の各処理を行う化学増幅系ポ
ジ型レジストの処理方法において、照射後ベーク処理の
前にレジストを前記第一のエネルギ線と異なる第二のエ
ネルギ線を照射することにより、レジスト表面層に新た
に酸を発生させ、酸の不足を補うことにより達成され
る。ここで、第二のエネルギ線の照射は、レジストの塗
布の後、照射後ベーク工程が行われるまでの間に行えば
よい。
【0011】
【作用】第二のエネルギ線の照射により化学増幅系ポジ
型レジストの表面層に新たに酸を発生させ、酸を補給す
ることによって、レジスト表面の現像液に対する表面難
溶化層を易溶化させることが可能となる。それにより、
従来問題であった化学増幅系ポジ型レジストの表面に生
じやすかった表面難溶化層を易溶化させ、その結果、パ
ターンの解像性,寸法制御性が簡便な方法で向上され
る。
【0012】
【実施例】
(実施例1)単層レジスト構造を用いたパターン形成に
本発明を適用した場合について、図2に従い説明する。
【0013】まず、シリコン基板21上に高分子溶解阻
害剤であるテトラヒドロピラニル化ポリ(p−ビニルフ
ェノール)(以下THP−M)と、酸発生剤であるトリ
(メタンスルオニルオキシ)ベンゼン(以下MeSB)
と、ノボラック樹脂の三成分から成る化学増幅系ポジ型
レジストを1μmの厚さに回転塗布し、125℃,2分
間プリベークを行い、レジスト層22とした。
【0014】次に、第一のエネルギ線として電子線24
を2.0μC/cm2の照射量で所定の形状に従い選択的に
照射し、所定形状部分に酸を発生させた。電子線照射後
基板を大気中に取り出し、照射後ベークまでの間の大気
中放置により表面難溶化層25が約0.1 μm発生し
た。
【0015】試料に、第二のエネルギ線としてレジスト
の入射光に対する透過光の割合(以下透過率)が3%と
なる中心波長275nm,半値幅5nmの遠紫外線27
を、0.1mJ/cm2照射した。波長の遠紫外線では、レ
ジスト表面でのエネルギの吸収が大きいため、レジスト
内部に遠紫外線はほとんど浸入せず、表面のみに酸が多
く発生した。こうして形成された酸補給部28は、酸の
欠乏による表面難溶化層25に酸を補うことができた。
【0016】酸触媒の分布形状が本実施例と異なるとき
は、波長あるいは波長の半値幅を選択することにより最
適な酸触媒の分布を形成することができる。例えば、表
面難溶化層が0.1 μmより厚いときには、本実施例よ
りもレジストの透過率の高い、例えば、透過率が10%
となる270nmの波長を用いる方がよい。あるいは波
長の半値幅の広いもの、例えば半値幅が10nmを使用
する方がよい。このように波長あるいは波長の半値幅を
上記の例のように選択することにより、本実施例に比較
しレジスト内部にまで光線が透過するような様々な厚さ
の表面難溶化層を除去することができた。
【0017】本発明者らの実験によれば、入射光に対す
る透過率が20%以下となる波長の光線を用いた場合が
特に大きな効果が得られた。
【0018】また、光線に対するレジストの透過率が高
く、光線のエネルギがレジストに十分に吸収されない場
合も生じた。そのときには、レジストに染料、例えば、
p−ナフトキノンあるいは2−ヒドロキシベンゾフェノ
ンを添加することで光線に対する吸収を高め、透過率を
低くすることができた。その結果、良好な酸触媒反応の
分布を形成することができた。
【0019】この後、照射後ベークを110℃,2分間
行った。照射後ベークにより、第一のエネルギ線により
選択的に発生した酸と、第二のエネルギ線によりレジス
ト表面層に発生した酸により、高分子溶解阻害剤THP
−Mを分解し溶解阻害効果を消滅させることが可能とな
った。
【0020】次に、前述の試料をテトラメチルアンモニ
ウムハイドロオキサイドの2.38%水溶液に2分間浸
漬させて現像処理を行い、レジストパターンの形成を行
った。
【0021】以上の工程による形成パターン26は、表
面難溶化層25によるパターン形状の異常のない良好な
形状であった。
【0022】本実施例のレジストでは、ベンゼン環に直
接OH基がついた樹脂の一つであるノボラック樹脂を用
いた。本実施例で用いた化学増幅系ポジ型レジストの膜
厚1μmのときの波長・透過率の関係を図4に示す。ノ
ボラック樹脂に限らずポリヒドロキシスチレン樹脂など
ベンゼン環に直接OH基のついた樹脂を含むレジスト
は、図4の透過率の波長依存性を有し、第二のエネルギ
線として245nm以下あるいは265〜295nmの
波長の光線を照射することにより最適な形状を得ること
が可能である。また、レジストの種類によらず、透過率
が20%以下の波長の光線を使用することにより、それ
ぞれのレジストにおいても本実施例と同様の効果を得る
ことができた。
【0023】(実施例2)実施例1と同様にシリコン基
板31上にTHP−M,MeSB,ノボラック樹脂の三
成分から成る化学増幅系ポジ型レジストを1μmの厚さ
に回転塗布し、125℃,2分間プリベークを行いレジ
スト層32とした。
【0024】次に、第一のエネルギ線34として加速電
圧が50kVの電子線を2.0μC/cm2 の照射量で選
択的に照射を行うことにより、被照射部分に酸を発生さ
せた。その部分が酸発生部33である。
【0025】さらに、第二のエネルギ線として、加速電
圧が2kVの電子線37を0.1μC/cm2 で前記描画パ
ターン上に照射した。加速電圧が2kVのとき、電子は
レジスト表面から約0.1μm の深さまでしか到達しな
い。この結果、レジスト表面層の酸欠乏部である表面難
溶化層35に酸補給部38を発生させることができた。
ここで、加速電圧は表面難溶化層の厚みに応じて変える
ことができる。例えば、表面難溶化層が0.3μm のと
きには加速電圧を3kV、1μmのときには5kVとす
ることで表面難溶化層の酸の欠乏分を補うことができた
ことはいうまでもない。
【0026】この後、照射後ベークを110℃,2分間
行う。照射後ベークにより、第一のエネルギ線の電子線
34により選択的に発生した酸と、第二のエネルギ線の
電子線37により表面層に発生した酸とにより、高分子
溶解阻害剤THP−Mを分解し溶解阻害効果を消滅させ
た。
【0027】次に、試料をテトラメチルアンモニウムハ
イドロオキサイドの2.38 %水溶液に2分間浸漬させ
現像処理を行った。
【0028】以上の工程により表面難溶化層35による
異常のない形成パターン36を得ることができた。本実
施例では第一のエネルギ線として電子線を用いた場合を
説明したが、その他に紫外線,遠紫外線,X線,イオン
線を用いても同じ結果が得られる。
【0029】
【発明の効果】本説明によれば、第二のエネルギ線を照
射するという簡便な処理を用いることにより、化学増幅
系ポジ型レジストで問題であった表面層の酸の不足を補
い、それによって難溶化層の形成を抑え、パターン形状
を改善することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】従来の方法による問題点を示す工程図。
【図2】本発明の実施例1の説明図。
【図3】本発明の実施例2の説明図。
【図4】波長の透過率依存性を示す工程図。
【符号の説明】
21…シリコン基板、22…レジスト層、23…酸発生
部、24…電子線、25…表面難溶化層、26…形成パ
ターン、27…遠紫外線、28…酸補給部。

Claims (5)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】エネルギ線を用いて半導体基板上にパター
    ンを形成するレジスト処理工程において、酸触媒反応を
    利用した化学増幅系ポジ型のレジストを前記半導体基板
    上に塗布する工程と、前記レジスト上に所定のパターン
    に従い、第一のエネルギ線を照射する工程と、前記第一
    のエネルギ線と異なる第二のエネルギ線を照射する工程
    により前記レジストの表面層に新たに酸を発生させる工
    程と、レジスト反応を促進させる熱処理工程と、現像工
    程とからなることを特徴とするパターン形成方法。
  2. 【請求項2】請求項1において、前記第二のエネルギ線
    として前記レジストの透過率が20%以下となる波長の
    光線を照射するパターン形成方法。
  3. 【請求項3】請求項1において、レジスト材料としてベ
    ンゼン環に直接OH基を持つ樹脂を含み、前記第二のエ
    ネルギ線として245nm以下あるいは265〜295
    nmの波長を含む光線を照射するパターン形成方法。
  4. 【請求項4】請求項1において、前記レジスト中に染料
    を付加することにより前記レジストの透過率を下げるパ
    ターン形成方法。
  5. 【請求項5】請求項1において、前記第二のエネルギ線
    として加速電圧5kV以下の電子線を照射するパターン
    形成方法。
JP6014216A 1994-02-08 1994-02-08 レジストパターンの形成方法 Pending JPH07219239A (ja)

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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US8663488B2 (en) 2003-09-18 2014-03-04 Gold Charm Limited Apparatus for processing substrate and method of doing the same

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* Cited by examiner, † Cited by third party
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US8663488B2 (en) 2003-09-18 2014-03-04 Gold Charm Limited Apparatus for processing substrate and method of doing the same

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