JPH0766109A - レジストパターン形成方法 - Google Patents
レジストパターン形成方法Info
- Publication number
- JPH0766109A JPH0766109A JP5215394A JP21539493A JPH0766109A JP H0766109 A JPH0766109 A JP H0766109A JP 5215394 A JP5215394 A JP 5215394A JP 21539493 A JP21539493 A JP 21539493A JP H0766109 A JPH0766109 A JP H0766109A
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- JP
- Japan
- Prior art keywords
- resist
- acid
- layer
- generating agent
- acid generating
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Pending
Links
Landscapes
- Photosensitive Polymer And Photoresist Processing (AREA)
- ing And Chemical Polishing (AREA)
- Exposure Of Semiconductors, Excluding Electron Or Ion Beam Exposure (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【目的】 化学増幅型レジストパターンの形成方法にお
いて、矩形状の信頼性の高いパターン形成を得る。 【構成】 化学増幅型レジストパターンを２層構造と
し、下層膜は酸発生剤の濃度を高く設定するようにし
た。 【効果】 半導体基板上の揮発性物質による酸の消失が
抑制され、未反応層が形成され難くなり、高信頼性のパ
ターンを得ることができる。
いて、矩形状の信頼性の高いパターン形成を得る。 【構成】 化学増幅型レジストパターンを２層構造と
し、下層膜は酸発生剤の濃度を高く設定するようにし
た。 【効果】 半導体基板上の揮発性物質による酸の消失が
抑制され、未反応層が形成され難くなり、高信頼性のパ
ターンを得ることができる。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、半導体チップの製造に
際して化学増幅型レジストを用いて半導体基板上にレジ
ストパターンを形成する方法に関する。
際して化学増幅型レジストを用いて半導体基板上にレジ
ストパターンを形成する方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】従来、ｉ線、ｇ線用のレジスト材料とし
ては、ベース樹脂としてフェノールノボラック、感光性
化合物としてナフトキノンジアジドが多く用いられてい
た。しかしながら半導体集積回路の微細化に伴いリソグ
ラフィー工程においても、微細なレジストパターンが要
求されるわけであるが、かかる状況下において、露光光
源により短波長であるＫｒＦエキシマレーザーを用いる
技術の開発が行われているが、前記レジストを使用した
場合、この波長（２４８ｎｍ）の光に対して呼吸が大き
いため、パターン形状が三角形となってしまうという問
題があった。この問題を解決しようとするものとして、
最近、化学増幅型レジストが注目されるようになった。
ては、ベース樹脂としてフェノールノボラック、感光性
化合物としてナフトキノンジアジドが多く用いられてい
た。しかしながら半導体集積回路の微細化に伴いリソグ
ラフィー工程においても、微細なレジストパターンが要
求されるわけであるが、かかる状況下において、露光光
源により短波長であるＫｒＦエキシマレーザーを用いる
技術の開発が行われているが、前記レジストを使用した
場合、この波長（２４８ｎｍ）の光に対して呼吸が大き
いため、パターン形状が三角形となってしまうという問
題があった。この問題を解決しようとするものとして、
最近、化学増幅型レジストが注目されるようになった。
【０００３】化学増幅型レジストとは、一般にポジ型の
場合、光酸発生剤と溶解抑止剤、ベース樹脂との３成分
からなるレジストであり、まず、露光によって酸を発生
し、現像前にベークすると発生した酸と熱によりポリマ
ーを分解する。（化学増幅型レジストについては、Ｈ．
Ｉｔｏ，Ｃ．Ｗｉｌｌｓｏｎ，Ｕ．Ｓ．ｐａｔｅｎｔ
４，４９１，６２８（１９８５）参照）光酸発生剤は触
媒として働くため、微量でも効率よく反応する。このた
め光がレジスト表面に比べて到達しにくい膜の内部にお
いても反応が進み良好なレジスト形状が得られる。しか
も、酸発生剤の量が数重量％でも十分に感光するため、
露光波長での呼吸を小さくできる。
場合、光酸発生剤と溶解抑止剤、ベース樹脂との３成分
からなるレジストであり、まず、露光によって酸を発生
し、現像前にベークすると発生した酸と熱によりポリマ
ーを分解する。（化学増幅型レジストについては、Ｈ．
Ｉｔｏ，Ｃ．Ｗｉｌｌｓｏｎ，Ｕ．Ｓ．ｐａｔｅｎｔ
４，４９１，６２８（１９８５）参照）光酸発生剤は触
媒として働くため、微量でも効率よく反応する。このた
め光がレジスト表面に比べて到達しにくい膜の内部にお
いても反応が進み良好なレジスト形状が得られる。しか
も、酸発生剤の量が数重量％でも十分に感光するため、
露光波長での呼吸を小さくできる。
【０００４】化学増幅型レジストを用いれば、ＫｒＦエ
キシマレーザーリソグラフィー技術との組み合わせによ
り、実用的な膜厚（１μｍ）で、所望の微細パターン
（例えば０．３μｍ間隔のラインアンドスペースのパタ
ーン）が形成できる。
キシマレーザーリソグラフィー技術との組み合わせによ
り、実用的な膜厚（１μｍ）で、所望の微細パターン
（例えば０．３μｍ間隔のラインアンドスペースのパタ
ーン）が形成できる。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、化学増
幅型レジストを使用した場合、半導体基板の表面の膜質
によりポジ型の場合は、レジストパターン下部に裾引き
が、ネガ型の場合は、パターン下部に喰われが生じると
言う問題がある。この原因として一般的には、半導体を
製造するクリーンルーム内に存在する揮発性物質が半導
体表面に付着し露光により発生した酸を中性化させるこ
とによるパターンイメージの破壊や半導体基板中への酸
の拡散等による酸の消失が原因とされる。上記揮発性物
質としては、レジストと半導体基板との密着促進剤とし
て使用されるヘキサメチルジシラザン（ＨＭＤＳ）や装
置，外壁に使われる塗料などが上げられる。この対策と
してレジスト中の酸発生剤の濃度を上げる方法がある
が、光の呼吸が大きくなりレジストの形状が悪くなる。
幅型レジストを使用した場合、半導体基板の表面の膜質
によりポジ型の場合は、レジストパターン下部に裾引き
が、ネガ型の場合は、パターン下部に喰われが生じると
言う問題がある。この原因として一般的には、半導体を
製造するクリーンルーム内に存在する揮発性物質が半導
体表面に付着し露光により発生した酸を中性化させるこ
とによるパターンイメージの破壊や半導体基板中への酸
の拡散等による酸の消失が原因とされる。上記揮発性物
質としては、レジストと半導体基板との密着促進剤とし
て使用されるヘキサメチルジシラザン（ＨＭＤＳ）や装
置，外壁に使われる塗料などが上げられる。この対策と
してレジスト中の酸発生剤の濃度を上げる方法がある
が、光の呼吸が大きくなりレジストの形状が悪くなる。
【０００６】本発明は上記事情を考慮し、露光により発
生した酸の消失によるレジスト下部に生じるポリマーの
未反応層を抑制するレジストパターン形成方法を提供す
ることにある。
生した酸の消失によるレジスト下部に生じるポリマーの
未反応層を抑制するレジストパターン形成方法を提供す
ることにある。
【０００７】
【課題を解決するための手段および作用】本発明のレジ
ストパターン形成方法は、上記課題に示した揮発性物質
の付着による中和反応や半導体基板中への拡散による酸
の消失量等を考慮し半導体基板上に上記酸消失量を補う
ための酸発生剤の濃度を高くした薄い第１のレジスト膜
を塗布する工程とその上に第１のレジスト膜よりも酸発
生剤の濃度を低くした第２のレジスト膜を塗布する工程
を有している。その後露光することによりレジスト下部
に酸を過剰発生させ、上記中和反応，拡散が生じた後、
光照射部において所望のレジストパターン形状を得るこ
とのできる酸の分布を実現できる。
ストパターン形成方法は、上記課題に示した揮発性物質
の付着による中和反応や半導体基板中への拡散による酸
の消失量等を考慮し半導体基板上に上記酸消失量を補う
ための酸発生剤の濃度を高くした薄い第１のレジスト膜
を塗布する工程とその上に第１のレジスト膜よりも酸発
生剤の濃度を低くした第２のレジスト膜を塗布する工程
を有している。その後露光することによりレジスト下部
に酸を過剰発生させ、上記中和反応，拡散が生じた後、
光照射部において所望のレジストパターン形状を得るこ
とのできる酸の分布を実現できる。
【０００８】つまり本発明は酸発生剤の濃度の違うレジ
ストを２層構造に塗布することによりレジスト上層部で
の光の呼吸を高めることなく半導体基板とレジスト膜と
の境界面で起こる酸の消失の影響によるポリマーの未反
応層を抑制し矩形に近いレジストパターンを提供するこ
とができる。
ストを２層構造に塗布することによりレジスト上層部で
の光の呼吸を高めることなく半導体基板とレジスト膜と
の境界面で起こる酸の消失の影響によるポリマーの未反
応層を抑制し矩形に近いレジストパターンを提供するこ
とができる。
【０００９】また、半導体基板表面を膜質により酸の拡
散量や揮発性物質の付着量等は変化するので第１のレジ
スト膜に使用する酸発生剤の量や膜厚を膜質により考慮
する必要がある。
散量や揮発性物質の付着量等は変化するので第１のレジ
スト膜に使用する酸発生剤の量や膜厚を膜質により考慮
する必要がある。
【００１０】
【実施例】図１（ａ）〜（ｅ）は本発明の実施例による
レジストパターン形成方法を工程順に示した模式図であ
る。なお実施例に置いて使用したレジストはベース樹脂
としてポリビニルフェノール，溶解抑止剤にｔ−ＢＯＣ
スチレン，酸発生剤にオニウム塩を使用した。
レジストパターン形成方法を工程順に示した模式図であ
る。なお実施例に置いて使用したレジストはベース樹脂
としてポリビニルフェノール，溶解抑止剤にｔ−ＢＯＣ
スチレン，酸発生剤にオニウム塩を使用した。
【００１１】図１（ａ）の半導体基板１には実験的にＳ
ｉウェハー上にＢＰＳＧ膜をＣＶＤ法により１μｍ堆積
させたものを使用しレジストとの密着性を上げる為ＨＭ
ＤＳ処理を施した。その結果、前記基板１表面には揮発
性物質６が多量に付着したものとなっている。第１レジ
スト膜２として上記レジストの酸発生剤の添加量を５．
０重量％にし、膜厚０．１μｍに塗布した様子を図１
（ｂ）に示す。次いで第２レジスト膜３として上記レジ
ストの酸発生剤の添加量を１．２重量％にし、膜厚０．
９μｍに塗布しクリーンオーブンにて９０℃、９０秒の
条件で加熱したものが図１（ｃ）である。その後、半導
体基板１上で０．４μｍラインアンドスペースパターン
となるマスクを介してエキシマレーザーステッパー（波
長＝２４８ｎｍ）の照射光４で露光（５０ｍｊ／ｃｍ
2 ）し、この後、クリーンオーブンにて１２０℃、９０
秒の条件で加熱し、レジスト中の酸５を触媒としたポリ
マーの分解反応がおこるが、このとき半導体基板１とレ
ジスト２との界面では基板に付着した揮発性物質６と発
生した酸５との中和反応、半導体基板中への酸５の拡散
が起こる。この様子を図１（ｄ）に示した。すなわち、
基板１上に形成したレジスト膜２は、揮発性物質６に対
して十分な量の酸発生剤が添加されているので酸発生剤
の消失の影響によるポリマーの未反応層を抑制すること
が可能となる。次いで現像液にて９０秒間現像しレジス
トパターンを形成したのが図１（ｅ）であり、実際、レ
ジストの分解反応が半導体基板界面付近でも行われ矩形
に近いレジスト形状を得られることが出来た。
ｉウェハー上にＢＰＳＧ膜をＣＶＤ法により１μｍ堆積
させたものを使用しレジストとの密着性を上げる為ＨＭ
ＤＳ処理を施した。その結果、前記基板１表面には揮発
性物質６が多量に付着したものとなっている。第１レジ
スト膜２として上記レジストの酸発生剤の添加量を５．
０重量％にし、膜厚０．１μｍに塗布した様子を図１
（ｂ）に示す。次いで第２レジスト膜３として上記レジ
ストの酸発生剤の添加量を１．２重量％にし、膜厚０．
９μｍに塗布しクリーンオーブンにて９０℃、９０秒の
条件で加熱したものが図１（ｃ）である。その後、半導
体基板１上で０．４μｍラインアンドスペースパターン
となるマスクを介してエキシマレーザーステッパー（波
長＝２４８ｎｍ）の照射光４で露光（５０ｍｊ／ｃｍ
2 ）し、この後、クリーンオーブンにて１２０℃、９０
秒の条件で加熱し、レジスト中の酸５を触媒としたポリ
マーの分解反応がおこるが、このとき半導体基板１とレ
ジスト２との界面では基板に付着した揮発性物質６と発
生した酸５との中和反応、半導体基板中への酸５の拡散
が起こる。この様子を図１（ｄ）に示した。すなわち、
基板１上に形成したレジスト膜２は、揮発性物質６に対
して十分な量の酸発生剤が添加されているので酸発生剤
の消失の影響によるポリマーの未反応層を抑制すること
が可能となる。次いで現像液にて９０秒間現像しレジス
トパターンを形成したのが図１（ｅ）であり、実際、レ
ジストの分解反応が半導体基板界面付近でも行われ矩形
に近いレジスト形状を得られることが出来た。
【００１２】比較例として本発明を適用しないで同様に
レジストパターンを形成した例を図２（ａ）〜（ｄ）に
示すが、第１レジスト膜２を形成しないこと及びレジス
ト３の膜厚を１．０μｍとした以外は前記条件と同様で
ある。これにより得られたレジスト形状図１（ｄ）は明
らかに酸５の消失によるレジスト３の不溶化層７が０．
０７μｍ程度あることがわかり、本発明の実施例による
効果を確認した。
レジストパターンを形成した例を図２（ａ）〜（ｄ）に
示すが、第１レジスト膜２を形成しないこと及びレジス
ト３の膜厚を１．０μｍとした以外は前記条件と同様で
ある。これにより得られたレジスト形状図１（ｄ）は明
らかに酸５の消失によるレジスト３の不溶化層７が０．
０７μｍ程度あることがわかり、本発明の実施例による
効果を確認した。
【００１３】
【発明の効果】本発明によれば半導体基板表面に付着す
る揮発性物質による中和反応による酸の消失や半導体基
板への酸の拡散などが原因となって生じる半導体基板と
レジスト層との界面で見られるレジストの未反応層を抑
制することができ、また上層に形成するレジストの酸発
生剤の濃度は従来同様低濃度にし光の吸収を抑え下層に
形成するレジストの膜厚は薄く形成しているのでレジス
トの感度は従来とほぼ同様にでき、レジストパターン形
状もほぼ矩形に形成することができる。
る揮発性物質による中和反応による酸の消失や半導体基
板への酸の拡散などが原因となって生じる半導体基板と
レジスト層との界面で見られるレジストの未反応層を抑
制することができ、また上層に形成するレジストの酸発
生剤の濃度は従来同様低濃度にし光の吸収を抑え下層に
形成するレジストの膜厚は薄く形成しているのでレジス
トの感度は従来とほぼ同様にでき、レジストパターン形
状もほぼ矩形に形成することができる。
【図１】 本発明を適用した化学増幅型レジストを用い
たレジストパターン形成の模式図。
たレジストパターン形成の模式図。
【図２】 従来の化学増幅型レジストを用いたレジスト
パターン形成の模式図。
パターン形成の模式図。
１ 半導体基板、 ２ 酸発生剤が高濃度である化学増幅型レジスト、 ３ 酸発生剤が低濃度である化学増幅型レジスト、 ４ 露光光、 ５ 光照射により発生した酸、 ６ 半導体基板に付着した揮発性物質、 ７ 現像後に残る不溶化層、 ８ 発生した酸の半導体基板中への拡散、 ９ 発生した酸と半導体基板に付着した揮発性物質との
中和反応。
中和反応。
Claims (1)
- 【請求項１】 半導体基板上に光照射により強酸を生じ
る酸発生剤を含む化学増幅型レジストを形成した後、現
像して前記基板上にレジストパターンを形成する方法に
おいて、前記化学増幅型レジストは、下層膜に使用され
るレジストのほうが上層膜に使用されるレジストよりも
酸発生剤の濃度が高い２層構造として形成されることを
特徴とするレジストパターン形成方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP5215394A JPH0766109A (ja) | 1993-08-31 | 1993-08-31 | レジストパターン形成方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP5215394A JPH0766109A (ja) | 1993-08-31 | 1993-08-31 | レジストパターン形成方法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0766109A true JPH0766109A (ja) | 1995-03-10 |
Family
ID=16671595
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP5215394A Pending JPH0766109A (ja) | 1993-08-31 | 1993-08-31 | レジストパターン形成方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH0766109A (ja) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2013135066A (ja) * | 2011-12-26 | 2013-07-08 | Toshiba Corp | パターン形成方法 |
| US20140134538A1 (en) * | 2009-10-23 | 2014-05-15 | Taiwan Semiconductor Manufacturing Company, Ltd. | Patterning Process and Chemical Amplified Photoresist Composition |
-
1993
- 1993-08-31 JP JP5215394A patent/JPH0766109A/ja active Pending
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US20140134538A1 (en) * | 2009-10-23 | 2014-05-15 | Taiwan Semiconductor Manufacturing Company, Ltd. | Patterning Process and Chemical Amplified Photoresist Composition |
| US9389510B2 (en) * | 2009-10-23 | 2016-07-12 | Taiwan Semiconductor Manufacturing Company, Ltd. | Patterning process and chemical amplified photoresist composition |
| JP2013135066A (ja) * | 2011-12-26 | 2013-07-08 | Toshiba Corp | パターン形成方法 |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
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Year of fee payment: 6 Free format text: PAYMENT UNTIL: 20080816 |
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| FPAY | Renewal fee payment (prs date is renewal date of database) |
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