JPH09281699A

JPH09281699A - パターン形成方法

Info

Publication number: JPH09281699A
Application number: JP8093822A
Authority: JP
Inventors: Ryoko Yamanaka; 良子山中; Koji Hattori; 孝司服部; Toshihiko Tanaka; 稔彦田中
Original assignee: Hitachi Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd
Priority date: 1996-04-16
Filing date: 1996-04-16
Publication date: 1997-10-31

Abstract

(57)【要約】【課題】リソグラフィにおいて、反射による影響を受け
ず、かつ、断面形状の良好なレジストパターンを寸法精
度良く形成する。【解決手段】レジスト中に露光光を吸収する吸光成分
と、露光によって活性化する反応促進成分と、露光によ
って反応促進成分を失活させる能力を持つ失活成分を同
時に含有させ、レジストの可溶化あるいは架橋反応が膜
厚方向に均一に起こるようにする。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、例えば半導体，磁
性体，超伝導体，誘電体等の固体素子の製造における微
細パターン形成用のパターン形成方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】ＬＳＩ等の回路パターン形成では、縮小
投影露光法が広く用いられている。近年、上記露光法に
おいて、露光光の短波長化による解像度の向上が進みつ
つある。従来から広く用いられてきた水銀ランプに代わ
って、ＫｒＦエキシマレーザ（波長２４８ｎｍ）によっ
て０.２５μｍレベルのパターンが、ＡｒＦエキシマレ
ーザ（波長１９３ｎｍ）によって０.２μｍレベルの加
工が可能になると考えられている。また、さらに微細な
パターンを形成するために、Ｘ線および電子線リソグラ
フィの検討も進められている。

【０００３】短波長露光を用いたパターン形成における
大きな問題の一つに、極めて強い基板反射光の影響があ
げられる。このためレジスト膜内で光の多重干渉が起こ
り、レジスト内蓄積露光量がレジスト膜厚によって著し
く変動し、パターン寸法変動が大きくなることが知られ
ている。また、段差部におけるハレーションによるパタ
ーン劣化も顕著となり、ＬＳＩの実段差上のパターン形
成は非常に困難である。

【０００４】このような基板反射の問題を解決する一つ
の方法として、レジストに色素を添加し、吸収を大きく
することが検討されている。この方法はプロセスを増加
させないで反射を軽減できるという大きな利点を有して
いるが、十分な反射及びハレーション防止の効果を得る
ためには、吸収をかなり増加させなければならない（例
えば、１９９５年第５６回秋季応用物理学会学術講演
会予稿集第２分冊５０１ページ２６ｐ−ＺＳ−
１）。

【０００５】ところが、吸収が増えれば増えるほどレジ
スト形状が劣化し、ポジ型レジストではテーパ状，ネガ
型レジストでは逆テーパとなる。そのため、解像度や焦
点深度、さらにバルク効果とよばれる膜厚によるパター
ン寸法の変動が大きくなってしまうという問題がある。
即ち、単純にレジストの吸収を増加させるだけでは、反
射防止効果と高解像性が両立しない。

【０００６】一方、基板反射の問題を根本的に解決する
方法として、現在、種々の反射防止膜が検討されてい
る。この方法では、高反射率の被加工基板上に有機ある
いは無機の反射防止膜を形成し、その上でパターニング
を行うため、反射光をほぼ完全に防ぐ事が可能である。
しかし、この方法では反射防止膜の形成やベーク，除去
などが必要なため、プロセスが煩雑になってコストが増
大するという問題がある。

【０００７】また、基板反射がほとんどない条件でパタ
ーン形成を行うと、レジストの光吸収によるパターン形
状の劣化が顕著になり、バルク効果が大きくなることが
わかった。ＫｒＦエキシマレーザ光を例にとると、この
波長領域の光吸収が少ないポリヒドロキシスチレン（Ｐ
ＨＳ）樹脂ベースの化学増幅型レジストでも、光透過率
は５０〜７０％未満（１μｍ膜厚時）であり、上記光吸
収による問題が生ずる。ベース樹脂であるＰＨＳ自体の
光透過率が７５％であるため、従来技術ではこれ以上の
光透過率を得ることはかなり困難である。

【０００８】さらに、ＡｒＦエキシマレーザや軟Ｘ線等
の真空紫外領域の露光光源を用いる場合、レジストによ
る光吸収が極めて大きく、パターン形成そのものが困難
となる。このため、真空紫外光に対しても透明なポリメ
タクリルアセテート（PMMA）系のポリマを用いた化学増
幅系レジストの検討が進められている（例えば、1995年
第５６回秋季応用物理学会学術講演会予稿集第２分
冊４９９ページ２６ａ−ＺＳ−４）が、種々の置換基
や酸発生剤などを含んだレジスト総括の透過率は５０％
未満となってしまい、光吸収の影響を大きく受ける。ま
た、レジスト透過率を上げることができたとしても、上
記のような反射の問題はますます顕著になると考えられ
る。

【０００９】

【発明が解決しようとする課題】本発明が解決しようと
する課題を明らかにするために、ポリヒドロキシスチレ
ンをベースとするポジ型化学増幅型レジストを用い、Ｋ
ｒＦエキシマレーザ露光によってパターン形成を行う場
合について図２，図３および図４を用いて説明する。

【００１０】図２に示すように、被加工基板上１にレジ
スト膜２を被着し、マスク３を介して遠紫外光４をレジ
スト膜２に照射すると、レジスト膜中に酸５が発生す
る。化学増幅型レジストでは、この酸を触媒としてレジ
ストの可溶化反応が起こるため、現像時にエネルギ線照
射部分のみが現像液に溶解し、レジストパターン６が形
成される。通常の化学増幅レジストの場合レジスト膜の
透過率は１μｍあたり７０％以下であるが、基板からの
反射光の効果によってパターン断面形状が良好になる。

【００１１】上記のプロセスでパターン形成した場合の
レジスト膜厚に対するパターン寸法の変動（スウィング
カーブ）を図３の曲線１０に示す。この図から、上記の
プロセスでは形状が良好でも反射の影響による寸法の変
動幅が非常に大きい事が分かる。このため、数百ｎｍ以
上のレジスト膜厚変動が生じる実デバイスの段差上で寸
法精度の高いパターニングを行うことは不可能である。

【００１２】レジストに色素等を添加して吸収を大きく
すれば（透過率を下げれば）、曲線１１に示すように寸
法の変動幅を小さくすることができる。ところが、吸収
が強いとパターン形状が劣化し、寸法が膜厚の増加に対
して単調に増加するバルク効果が現れてしまう。また、
図には示さないが焦点深度や解像度自体も低下してしま
う。さらに、反射防止膜を下地に用いた場合、反射光が
ないのでレジストの吸収による形状の劣化が顕在化し、
パターン寸法変動幅は小さくなるものの曲線１２に示す
ように大きなバルク効果が現れる。

【００１３】ここで、レジストの光吸収によるパターン
形状劣化を図４を用いて説明する。レジスト膜を露光す
ると、光吸収によってレジストの膜厚方向に図４（ａ）
に示すような露光量分布ができる。従って、露光によっ
て発生する酸の量も（ｂ）に示すような分布を持つた
め、結果として（ｃ）に示される順テーパ状のパターン
断面形状６となる。なお、ネガ型レジストの場合、パタ
ーン断面形状が逆テーパとなりレジストパターンのたお
れが引き起こされる問題がある。

【００１４】本発明の目的は、短波長露光において、基
板反射の影響を低減しつつ寸法精度の高い微細パターン
を形成する事にあり、高い光吸収を持ちながらも良好な
断面形状を形成できるレジスト及びレジストプロセスを
提供することにある。

【００１５】

【課題を解決するための手段】上記目的は、レジストに
エネルギ線を吸収する吸光成分と、エネルギ線の照射に
よって感光する感光成分を含有させ、上記感光成分に少
なくとも、エネルギ線の照射によって目的とする主反応
（レジスト可溶化反応あるいはレジストポリマ架橋反
応）を促進させることができる反応促進成分と、エネル
ギ線の照射によって上記主反応促進成分を消失あるいは
失活させるようになるか、あるいは、エネルギ線の照射
によって主反応と逆の効果をレジストに与える失活成分
の二種類の成分を含ませ、エネルギ線の照射によって反
応促進成分がレジストに与える効果が、失活成分が主反
応あるいはレジストに与える効果よりも大きくなるよう
に、上記反応促進成分と失活成分の含有量を調節し、上
記レジストを用いてパターン形成を行うこと、あるい
は、上記レジストを用いて複数の波長のエネルギ線で露
光する工程を含むパターン形成を行うことにより達成さ
れる。

【００１６】本発明の原理は以下の通りである。まず、
吸光成分として多核芳香族化合物を、反応促進成分とし
て酸発生剤を、失活成分として塩基発生剤が含有された
化学増幅型レジストをＫｒＦ光で露光する場合を例にと
って、図１および図６を用いて説明する。

【００１７】このレジストでは吸光成分の添加によって
光吸収を大きくすることができ、このため、光の多重反
射によるパターンの変形や寸法変動を抑えることができ
る。特に、吸光係数が０.４μｍ~¹ 以上（あるいは、光
透過率４０％以下）であれば、ハレーションの影響をほ
とんど抑えることができ、また、特に０.６μｍ~¹ 以上
（あるいは、光透過率２０％以下）であればスィングカ
ーブの寸法変動幅を、吸光係数が０.１７〜３μｍ~¹ 程
度である従来化学増幅型レジストの場合の３０％以下に
抑えることが可能である。このように寸法変動度を線幅
の±１０％に収められると、ゲートなど、パターンの設
計要求の寸法精度を満たすことができる。

【００１８】このような光吸収の高いレジスト膜を露光
した場合、その光吸収に従って図１（ａ）のようなレジ
スト膜厚方向の露光量分布１３ができる。露光量が減衰
するので、酸発生剤から発生する酸の量１４も従来レジ
ストと同様に膜厚方向で減衰する。更に、このレジスト
には塩基発生剤が添加されているので、そこから発生す
る塩基量１５も図１（ｂ）に示すように膜厚方向で減衰
することとなる。すなわち、発生した塩基が酸を失活さ
せてしまうため、結果的に得られる酸の量は発生酸量と
発生塩基量の差である。

【００１９】この時、図６の曲線１８に示すように反応
促進成分が同図の曲線１９に示す失活成分よりも高感度
で、且つ、反応促進成分の露光量に対する反応量の増加
率が失活成分と同じかあるいは小さくなるように各成分
を選択しておけば、図１(ｃ)に示すように膜厚方向にほ
ぼ均一かあるいは基板に近いほど大きくなる酸の分布１
６が得られる。

【００２０】言い替えると、反応促進成分の活性化エネ
ルギが失活成分のそれより小さければ、１６のような酸
の分布が得られ、露光後ベーク時に酸触媒反応が膜厚方
向に均一に起こり、（ｄ）に示すように現像後に垂直な
断面形状のパターンを得ることができる。

【００２１】以上のように、このレジストでは光吸収が
大きくとも良好な断面形状を得られるため、図１（ｅ）
の曲線１７に示すように、膜厚よる寸法変動の少ない微
細パターンを形成することができる。

【００２２】次に、ノボラック樹脂をベースとしたナフ
トキノンジアジド（溶解阻害剤）と塩基発生剤を含有し
たレジストの場合を説明する。レジストを露光すると、
ベース樹脂及びナフトキノンの光吸収のため、ナフトキ
ノンの光反応によって生成するインデンカルボン酸の量
１４と発生塩基量１５は図１（ｂ）のように分布する。
インデンカルボン酸は塩基によってカルボキシル基を脱
離し、再び溶解阻害剤となる。すなわち、化学増幅型レ
ジストにおける酸の分布と同様に、インデンカルボン酸
の分布１６は膜厚方向で均一となる。従って、安定で扱
いやすいが光吸収が大きいノボラック−ナフトキノン型
レジストをエキシマレーザ以降の短波長露光に用い、良
好な形状のパターンを得ることができる。

【００２３】なお、反射防止膜上でパターニングする場
合、吸光係数が約０.１７μｍ~¹ 以上（あるいは、光透
過率が６８％以下）であるとバルク効果が顕著になる。
このような場合にも上記の高光吸収型レジストと同様に
反応促進成分と失活成分を添加することにより、バルク
効果を軽減することができる。

【００２４】これまでの説明は全て光リソグラフィ、特
に遠紫外光を用いた場合について述べて来たが、通常の
水銀灯を用いた紫外光による露光，電子線やＸ線等の他
のエネルギ線を用いた露光でも同様であることはいうま
でもない。

【００２５】

【発明の実施の形態】本発明の実施は多様な形態をとる
ことができる。以下にその概要を示す。

【００２６】（１）露光光に対して光吸収の強いポリマ
をレジストベースポリマとして用い、前記レジストベー
スポリマを吸光成分とする。

【００２７】（２）露光光をＫｒＦエキシマレーザ光，
レジストポリマをノボラック樹脂とする。

【００２８】（３）露光光をＡｒＦエキシマレーザ光，
レジストポリマをノボラック樹脂あるいはポリヒドロキ
シスチレン樹脂とする。

【００２９】（４）上記レジストにおいて、上記エネル
ギ線に対する吸収の強い感光成分を含ませるか、あるい
は、感光成分を多量に含ませることによってエネルギ線
の吸収を増加し、感光成分に吸光成分の役割を持たせ
る。

【００３０】（５）上記レジスト膜の吸光度が１μｍ膜
厚あたり０.６５μｍ~¹ 以上か、あるいは、上記レジス
ト膜総括の光透過率が２０％以下とする。

【００３１】（６）上記レジスト膜の塗布前に反射防止
膜を形成した上記被加工基板の加工に用いるレジストで
あって、上記レジスト膜の吸光度が１μｍ膜厚あたり0.
17μｍ~¹以上か、あるいは、レジスト膜を通しての光透
過率が６８％以下とする。

【００３２】（７）上記被加工基板が特にハレーション
を問題とする基板である場合に、上記レジスト膜の吸光
度が１μｍ膜厚あたり０.４μｍ~¹ 以上であるか、ある
いは、レジスト膜を通しての光透過率が４０％以下とす
る。

【００３３】（８）上記失活成分として、失活反応を起
こす能力をエネルギ線の照射時にのみに保持しており、
反応促進成分と反応しなかった上記失活成分はエネルギ
線遮断後に照射前の状態に戻り、上記主反応に何ら影響
しない性質を持つ物質を用いる。

【００３４】（９）上記失活成分が、エネルギ線の照射
時のみに塩基性イオンを放出する一般式（１）で例示さ
れる物質である。

【００３５】

【化５】

【００３６】（式中Ａｒ１，Ａｒ２，Ａｒ３は芳香族基
または置換芳香族基、ＸはＯＨ基あるいはＣＮ基）（１０）上記失活成分が、一般式（２）に例示される硼
酸塩、あるいは、Ｐ，Ａｓ，Ｓｂ，Ｂの何れかの元素を
含有するアニオンの塩である。

【００３７】

【化６】

【００３８】（式中Ａｒ１，Ａｒ２，Ａｒ３は芳香族基
又は置換芳香族基あるいは水素原子、Ｒはアルキル基，
芳香族基又は置換芳香族基あるいは水素原子、Ｙはテト
ラアルキルアンモニウム等のアンモニウム、あるいはナ
トリウム，カリウム等のアルカリ金属、あるいは他のカ
チオン性化合物）（１１）上記失活成分が、エネルギ線の照射時のみに親
水性に変化する一般式（３）で例示される物質である。

【００３９】

【化７】Ａｒ１−Ｎ＝Ｎ−Ａｒ２（３）（式中Ａｒ１，Ａｒ２は芳香族基又は置換芳香族基）（１２）上記失活成分が、一般式（４）に例示される構
造を有している塩基発生剤である。

【００４０】

【化８】

【００４１】（式中、Ａｒは置換芳香族基、又は芳香族
基、Ｒ１，Ｒ２，Ｒ３は、アルキル基，芳香族基あるい
は水素原子）（１３）上記反応促進成分が、エネルギ線の照射によっ
て酸を発生する、ジアリールヨードニウム塩，トリアリ
ールスルホニウム塩、及びトリアリールセレニウム塩
や、スルホン酸エステル等の酸発生剤である。

【００４２】（１４）上記反応促進成分が、エネルギ線
の照射によって溶解速度が大きくなるナフトキノン化合
物等の溶解阻害剤である。

【００４３】（１５）上記失活成分が、エネルギ線の照
射によってレジストポリマの架橋を引き起こす架橋剤で
ある。

【００４４】（１６）上記吸光成分が、置換あるいは無
置換のペリレン，アントラセン等の多核芳香族化合物、
あるいはフェノチアジン，アクリジン，アクリジンオレ
ンジ，アクリジンイエロー，ベンゾフラビン等の複素環
式化合物である。

【００４５】（１７）上記レジストのベース樹脂がポリ
メチルメタクリレート，置換ポリビニルアルコール，ポ
リシロキサン等のベンゼン環を有していないポリマであ
る。

【００４６】（１８）上記レジストのベース樹脂がその
構造中に、上記失活成分，吸光成分、および感光成分の
内の幾つか、あるいは全ての成分を有している樹脂であ
る。

【００４７】（１９）上記失活成分が感光するエネルギ
線照射量が、反応促進成分が感光する照射量より大きい
物質である。

【００４８】（２０）上記失活成分のエネルギ線に対す
る活性化エネルギが上記反応促進成分の活性化エネルギ
とほぼ同等か、あるいは、それ以上の物質である。

【００４９】（実施例１）１エトキシエーテルでＯＨ基
を３０％保護したポリヒドロキシスチレン樹脂をシクロ
ヘキサノン溶媒に溶解し、吸光成分としてアクリジジン
を樹脂量に対して１％添加した。更に、反応促進成分と
してトリフェニルスルホニウムトリフレート（酸発生
剤）を樹脂量に対して３％、失活成分としてトリ（ジメ
チルアミノフェニル）メタノールを１％溶解して、ポジ
型レジストを調製した。

【００５０】シリコン基板に塗布型反射防止膜ＳＷＫ２
４８（東京応化製）をスピンコート及び１８０℃でベー
クした後、レジストを塗布および８０℃でベークし、膜
厚０.１５μｍの反射防止膜の上に０.７μｍのレジスト
膜を形成した。その後、ＫｒＦエキシマレーザ縮小投影
露光装置（ＮＡ＝０.４５）と所望のマスクパターンを
用いて、レジスト膜を露光した。

【００５１】図５はＫｒＦエキシマレーザ縮小投影露光
装置の概要である。光源２１から発する光は、フライア
イレンズ２２，コンデンサレンズ群２３，２５及びミラ
ー２４を介してマスク２６を照明する。マスク２６上に
描かれたパターンは、投影レンズ２７を介して被加工基
板であるウエハ２８上に投影される。なお、マスク２６
はマスク位置制御手段で制御されたマスクステージ３６
上に載置され、その中心と投影レンズ２７の光軸とは正
確に位置合わせがなされている。

【００５２】ウエハ２８は、試料台２９上に真空吸着さ
れている。試料台２９は、投影レンズ２７の光軸方向す
なわちＺ方向に移動可能なＺステージ３０上に載置さ
れ、さらにＸＹ方向に移動可能なＸＹステージ３１上に
搭載されている。Ｚステージ３０およびＸＹステージ３
１は、主制御系３７からの制御命令に応じてそれぞれの
駆動手段３２，３３によって駆動されるので、所望の露
光位置に移動可能である。その位置はＺステージ３０に
固定されたミラー３４の位置として、レーザ測長器３５
で正確にモニタされている。また、ウエハ２８の表面位
置は、通常の露光装置が有する焦点位置検出手段で計測
される。計測結果に応じてＺステージ３０を駆動させる
ことにより、ウエハ２８の表面は常に投影レンズ２７の
結像面と一致させることができる。

【００５３】露光後、８０℃２分間の露光後ベークを行
い、２.３８％のテトラメチルアンモニウムハイドロオ
キサイドで一分間現像した。

【００５４】以上のプロセスによって形成されたレジス
トパターンの断面形状を走査型電子顕微鏡を用いて観察
した結果、線幅０.２５μｍのラインアンドスペースパ
ターンをはじめとする微細パターンにおいて、裾引きの
ない垂直なパターン形状を得たことを確認した。さら
に、プロセスをＬＳＩ加工に導入した結果、０.２５μm
ルールのデバイスが製造できた。

【００５５】本発明の他の実施例として、特性を利用し
て半導体集積回路装置を製造した例を示す。図７は、半
導体集積回路装置の製造工程の一部を示す素子の平面図
と断面を示す図である。

【００５６】Ｎ~ シリコン基板１３０に、通常の方法で
Ｐウェル層１３１，Ｐ層１３２，フィールド酸化膜１３
３を形成し、その上に酸化膜１２５，多結晶シリコン膜
126を形成した。その後、本発明で説明したホトレジス
トの塗布、ゲートパターンを形成するためのマスクを用
いた露光、および現像処理により、レジストパターン１
２７−１，１２７−２を形成した（図７（ａ））。レジ
ストパターンをマスクとして酸化膜１２５，多結晶シリ
コン膜１２６をドライエッチング加工し、レジストを除
去して多結晶Ｓｉ／ＳｉＯゲート１３４−１，１３４−
２を形成した。その後、イオン打ち込みによりＰ高濃度
拡散層１３５，Ｎ高濃度拡散層１３６を形成した（図７
（ｂ））。

【００５７】次に、通常の方法でリンガラス（ＰＳＧ）
の絶縁膜１３７を被着した。その上に本発明で説明した
フォトレジスト１３８を塗布し、通常の露光法により、
ホールパターン１３９を形成した（図７（ｃ））。次
に、フォトレジストをマスクにして絶縁膜１３７をドラ
イエッチングしてコンタクトホール１４０を形成した
（図７（ｄ））。次に、通常の方法でＷ／ＴｉＮ電極配
線１４１を形成し、次に層間絶縁膜１４２を形成した。
更に、本発明で説明したフォトレジストを塗布し、通常
の露光法と通常のエッチングによりホールパターン１４
３を形成した。ホールパターン１４３の中にはＷプラグ
の埋込、Ａｌ第２配線１４４を連結した（図７
（ｅ））。以降の工程は従来方法を用いた。

【００５８】尚、本実施例では主な製造工程のみを示し
たが、ゲートパターンやコンタクトホール等のパターン
転写に本発明のパターン形成方法を用いた以外は、従来
法と同じ工程を用いた。その結果、ゲートパターンやコ
ンタクトホール等の各種パターンの解像不良の発生を防
止でき、半導体集積回路装置を高歩留まりで製造するこ
とができた。

【００５９】本実施例では、失活成分として露光時のみ
に活性化しレジスト性能への影響が少ないトリ（ジメチ
ルアミノフェニル）メタノールを用いたが、吸光成分と
の組み合わせによって高感度化する効果があるトリフェ
ニルブチルほう酸アンモニウム等のほう酸塩や、あるい
はＰ，Ａｓ，Ｓｂの塩、または、安定性の高いビス
（（２，６−ジニトロベンジル）オキシ−カルボニル）
ヘキサン−１，６−ジアミン等のアミン類や、主反応に
水が関与しているレジストにおいて特に効果を発揮する
ビス（ジメチルアミノフェニル）ジアジド等のアジド類
を用いても同様の効果を得た。

【００６０】また、反応促進成分の酸発生剤としてスル
ホニウム塩を用いたが、ジアリールヨードニウム塩，ト
リアリールスルホニウム塩、及びトリアリールセレニウ
ム塩等のオニウム塩や、環境安定性が高いスルホン酸エ
ステル等の他の酸発生剤であっても、本実施例と同様の
効果を得られた。

【００６１】吸光成分としては、無置換のペリレン，ア
ントラセン等の多核芳香族化合物、あるいはフェノチア
ジン，アクリジンオレンジ，アクリジンイエロー，ベン
ゾフラビン等の複素環式化合物なども用いることができ
た。さらに、レジストのベースポリマをノボラック樹脂
に変えると、他の色素などの吸光成分を特に添加しなく
ても本実施例と同様な効果が得られた。なお、ベースポ
リマと架橋剤、および酸発生剤からなるネガ型レジスト
においても本実施例と同様に吸光成分および失活剤を添
加することにより、微細なパターンを反射の影響を低減
しつつ形成することが可能であった。

【００６２】本実施例ではパターン露光にＫｒＦエキシ
マレーザ縮小露光を用いたが、他の方法を用いても良
い。例えば、電子線露光，ＡｒＦエキシマレーザ密着露
光あるいは縮小投影露光，遠紫外線を光源とするステッ
プアンドスキャン反射型縮小投影露光または軟Ｘ線等を
用いることができる。また言うまでもないことである
が、露光装置のＮＡもこれに限るものではない。

【００６３】（実施例２）トリメチルシリルメタクリレ
ート及びテトラヒドロピラニルメタクリレートの１対１
の共重合体をシクロヘキサノンに溶解してベースポリマ
とし、反応促進成分として樹脂量に対して５％のトリフ
ェニルスホニウムトリフレート、失活成分として０.５
％のトリアニシルブチル硼酸テトラメチルアンモニウ
ムを添加してレジストを調製した。このレジストをシリ
コンウエハに０.５μｍ膜厚で塗布し、ＡｒＦエキシマ
レーザをマスク密着露光で露光した。このレジストの膜
の透過率はＡｒＦ光に対して５０％程度であり、以外の
吸光成分は特に必要でなかった。レジストの露光後、露
光後ベークを行い現像した。形成されたパターンを実施
例１と同様にして観察したところ、０.２μｍ線幅のラ
インアンドスペースパターンを始めとする微細パターン
を良好な形状で得た。

【００６４】本実施例においても実施例１と同様に他の
反応促進成分，失活成分も有効であった。

【００６５】（実施例３）クレゾールノボラック樹脂を
ＭＣＡ溶媒に溶解し、反応促進成分としてｏ−ナフトキ
ノンジアジドを樹脂量に対して３０％加え、失活成分と
してビス（（２，６−ジニトロベンジル）オキシ−カル
ボニル）ヘキサン−１，６−ジアミンを樹脂量に対して
３％添加して非化学増幅型のポジ型レジストを調製し
た。

【００６６】レジストをシリコンウエハ上に塗布及びベ
ークし実施例１と同様にしてパターン形成を行ったとこ
ろ、線幅０.３μｍのラインアンドスペースパターンを
はじめとする微細パターンにおいて、裾引きのない垂直
なパターン形状を得たことを確認した。このレジストは
化学増幅機構を用いないため、環境汚染や被加工基板に
よるレジストパターンの劣化が全く見られなかった。

【００６７】失活成分としては実施例１に示される失活
成分を用いても、同様の効果を得た。また、レジストの
溶解を阻害する方向に働くアジド化合物などの架橋剤を
失活成分として用いることも可能であった。なお、架橋
剤を増加して反応促進成分とし、ネガ型レジストとして
機能させることも可能であった。

【００６８】本実施例ではパターン露光にＫｒＦエキシ
マレーザ縮小露光を用いたが、他の方法を用いても良
い。例えば、電子線露光，ＡｒＦエキシマレーザ密着露
光あるいは縮小投影露光，遠紫外線を光源とするステッ
プアンドスキャン反射型縮小投影露光または軟Ｘ線等を
用いることができる。また言うまでもないことである
が、ＮＡもこれに限るものではない。

【００６９】

【発明の効果】本発明によれば、エキシマレーザ等の短
波長露光においても、反射光の有無による影響を受け
ず、かつ、断面形状の良好な微細レジストパターンを寸
法精度良く、プロセスを煩雑化することなく形成するこ
とができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の原理を模式的に示す説明図。

【図２】レジストプロセスを示す説明図。

【図３】レジスト膜厚の変動によるパターン寸法の変動
を例示する特性図。

【図４】レジストの光吸収によるパターン形状劣化を模
式的に示す説明図。

【図５】露光機の概要を示すブロック図。

【図６】反応促進及び失活成分の感度を示す特性図。

【図７】本発明により製造したデバイスの加工工程を示
す断面図。

【符号の説明】

１３…高光吸収型レジストの膜厚方向の光強度分布、１
４…発生する酸の濃度分布（活性化された反応促進成分
の分布）、１５…発生する塩基の濃度分布（活性化され
た失活成分の分布）、１６…結果的にえられる酸の濃度
分布（失活していない反応促進成分の分布）、１７…本
発明による自己濃度補正型吸光レジストのスィングカー
ブ。

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】被加工基板上に、レジスト膜を塗布する工
程と、上記レジスト膜の所望の場所にエネルギ線を照射
する工程と、上記レジスト膜を現像する工程を含むパタ
ーン形成方法であって、上記レジストは、上記エネルギ
線を吸収して上記被加工基板による光反射を軽減する吸
光成分と、エネルギ線の照射によって感光する感光成分
を含有し、上記感光成分が少なくとも、エネルギ線の照
射によって目的とする主反応であるレジスト可溶化反応
あるいはレジストポリマ架橋反応を促進させることがで
きる反応促進成分と、エネルギ線の照射によって上記主
反応促進成分を消失あるいは失活させるようになるか、
あるいは、エネルギ線の照射によって主反応と逆の効果
をレジストに与える失活成分の二種類の成分を含有して
おり、上記反応促進成分の反応量と上記失活成分の反応
量の差をレジスト膜の厚さ方向に一定にすることによっ
て、上記エネルギ線のレジスト膜厚方向の強度分布を補
償する反応促進成分と失活成分を含有し、かつ、その含
有量を調節したことを特徴とする自己濃度補正型吸光性
レジストであることを特徴とするパターン形成方法。
【請求項２】露光光に対して光吸収の強いポリマをレジ
ストのベースとなるポリマとして用い、前記ポリマを吸
光成分とすることを特徴とする請求項１記載のパターン
形成方法。
【請求項３】露光光をＫｒＦエキシマレーザ光，レジス
トポリマをノボラック樹脂としたことを特徴とする請求
項１〜２記載のパターン形成方法。
【請求項４】露光光をＡｒＦエキシマレーザ光，レジス
トポリマをノボラック樹脂あるいはポリヒドロキシスチ
レン樹脂としたことを特徴とする請求項１または２記載
のパターン形成方法。
【請求項５】上記レジストにおいて、上記エネルギ線に
対する吸収の強い感光成分を含ませるか、あるいは、感
光成分を多量に含ませることによってエネルギ線の吸収
を増加し、感光成分に吸光成分の役割を持たせた事を特
徴とする請求項１乃至４のいずれか記載のパターン形成
方法。
【請求項６】上記レジスト膜の吸光度が１μｍ膜厚あた
り０.６５μｍ~¹ 以上であるか、あるいは、上記レジス
ト膜総括の光透過率が２０％以下であることを特徴とし
た請求項１乃至５のいずれか記載のパターン形成方法。
【請求項７】上記レジスト膜の塗布前に反射防止膜を形
成した上記被加工基板の加工に用いるレジストであっ
て、上記レジスト膜の吸光度が１μｍ膜厚あたり0.17μ
ｍ~¹以上であるか、あるいは、レジスト膜を通しての光
透過率が６８％以下であることを特徴とした請求項１乃
至５のいずれか記載のパターン形成方法。
【請求項８】上記被加工基板が特にハレーションを問題
とする基板である場合に、上記レジスト膜の吸光度が１
μｍ膜厚あたり０.４μｍ~¹ 以上であるか、あるいは、
レジスト膜を通しての光透過率が４０％以下であること
を特徴とした請求項１乃至５のいずれか記載のパターン
形成方法。
【請求項９】上記失活成分として、失活反応を起こす能
力をエネルギ線の照射時にのみに保持しており、反応促
進成分と反応しなかった上記失活成分はエネルギ線遮断
後に照射前の状態に戻り、上記主反応に何ら影響しない
性質を持つ物質を用いることを特徴とする請求項１乃至
８のいずれか記載のパターン形成方法。
【請求項１０】上記失活成分が、エネルギ線の照射時の
みに塩基性イオンを放出する一般式（１）で例示される
物質であることを特徴とする請求項１乃至９のいずれか
記載のパターン形成方法。【化１】（式中Ａｒ１，Ａｒ２，Ａｒ３は芳香族基または置換芳
香族基、ＸはＯＨ基あるいはＣＮ基）
【請求項１１】上記失活成分が、一般式（２）に例示さ
れる硼酸塩、あるいは、Ｐ，Ａｓ，Ｓｂ，Ｂの何れかの
元素を含有するアニオンの塩であることを特徴とする請
求項１乃至１０のいずれか記載のパターン形成方法。【化２】（式中Ａｒ１，Ａｒ２，Ａｒ３は芳香族基又は置換芳香
族基あるいは水素原子、Ｒはアルキル基，芳香族基又は
置換芳香族基あるいは水素原子、Ｙはテトラアルキルア
ンモニウム等のアンモニウム、あるいはナトリウム，カ
リウム等のアルカリ金属、あるいは他のカチオン性化合
物）
【請求項１２】上記失活成分が、エネルギ線の照射時の
みに親水性に変化する一般式（３）で例示される物質で
あることを特徴とする請求項１〜９記載のパターン形成
方法。【化３】Ａｒ１−Ｎ＝Ｎ−Ａｒ２（３）（式中Ａｒ１，Ａｒ２は芳香族基又は置換芳香族基）
【請求項１３】上記失活成分が、一般式（４）に例示さ
れる構造を有している塩基発生剤であることを特徴とす
る請求項１乃至８のいずれか記載のパターン形成方法。【化４】（式中、Ａｒは置換芳香族基、又は芳香族基、Ｒ１，Ｒ
２，Ｒ３は、アルキル基，芳香族基あるいは水素原子）
【請求項１４】上記反応促進成分が、エネルギ線の照射
によって酸を発生する、ジアリールヨードニウム塩，ト
リアリールスルホニウム塩、及びトリアリールセレニウ
ム塩や、スルホン酸エステル等の酸発生剤であることを
特徴とする請求項１乃至１３のいずれか記載のパターン
形成方法。
【請求項１５】上記反応促進成分が、エネルギ線の照射
によって溶解速度が大きくなるナフトキノン化合物等の
溶解阻害剤であることを特徴とする請求項１乃至１３の
いずれか記載のパターン形成方法。
【請求項１６】上記失活成分が、エネルギ線の照射によ
ってレジストポリマの架橋を引き起こす架橋剤であるこ
とを特徴とする請求項１乃至８，１４，１５のいずれか
記載のパターン形成方法。
【請求項１７】上記吸光成分が、置換あるいは無置換の
ペリレン，アントラセン等の多核芳香族化合物、あるい
はフェノチアジン，アクリジン，アクリジンオレンジ，
アクリジンイエロー，ベンゾフラビン等の複素環式化合
物であることを特徴とする請求項１乃至１６のいずれか
記載のパターン形成方法。
【請求項１８】上記レジストのベース樹脂がポリメチル
メタクリレート，置換ポリビニルアルコール，ポリシロ
キサン等のベンゼン環を有していないポリマであること
を特徴とする請求項１，５乃至１７のいずれか記載のパ
ターン形成方法。
【請求項１９】上記レジストのベース樹脂がその構造中
に、上記失活成分，吸光成分、および感光成分の内の幾
つか、あるいは全ての成分を有していることを特徴とす
る請求項１乃至１８のいずれか記載のパターン形成方
法。
【請求項２０】上記失活成分が感光するエネルギ線照射
量が反応促進成分が感光する照射量より大きいことを特
徴とする請求項１乃至１９のいずれか記載のパターン形
成方法。
【請求項２１】上記失活成分のエネルギ線に対する活性
化エネルギが上記反応促進成分の活性化エネルギとほぼ
同等か、あるいは、それ以上であることを特徴とする請
求項１乃至２０のいずれか記載のパターン形成方法。
【請求項２２】被加工基板上に、レジスト膜を塗布する
工程と、上記レジスト膜の所望の場所にエネルギ線を照
射する工程と、上記レジスト膜を現像する工程を含むパ
ターン形成方法に用いるレジストであって上記エネルギ
線を吸収して上記被加工基板による光反射を軽減する吸
光成分と、エネルギ線の照射によって感光する感光成分
を含有し、上記感光成分が少なくとも、エネルギ線の照
射によって目的とする主反応（レジスト可溶化反応ある
いはレジストポリマ架橋反応）を促進させることができ
る反応促進成分と、エネルギ線の照射によって上記主反
応促進成分を消失あるいは失活させるようになるか、あ
るいは、エネルギ線の照射によって主反応と逆の効果を
レジストに与える失活成分の二種類の成分を含有してお
り、上記反応促進成分の反応量と上記失活成分の反応量
の差をレジスト膜の厚さ方向に一定にすることによっ
て、上記エネルギ線のレジスト膜厚方向の強度分布を補
償できる反応促進成分と失活成分を含有し、かつ、その
含有量を調節したことを特徴とする自己濃度補正型吸光
性レジスト。