JPH10207072A

JPH10207072A - リソグラフィー方法

Info

Publication number: JPH10207072A
Application number: JP9007117A
Authority: JP
Inventors: Noritsugu Yoshizawa; 規次吉沢
Original assignee: Sony Corp
Current assignee: Sony Corp
Priority date: 1997-01-20
Filing date: 1997-01-20
Publication date: 1998-08-07

Abstract

(57)【要約】【課題】化学増幅形のレジスト膜の露光部分に生じた
酸が、基板表面から供給される酸の失活物質によって中
和され、露光部分の一部が未露光状態になる。【解決手段】表面がＴｉＮ膜１１ａで覆われた基板１
１上に、バリア膜Ａを成膜する。このバリア膜Ａ上に、
化学増幅型のレジスト膜１３を成膜する。レジスト膜１
３に対してパターン露光を行い、次に現像処理を行うこ
とによって、基板１１上にレジスト膜１３からなるレジ
ストパターン１３ｂを形成する。ＴｉＮ膜１１ａから酸
を中和する失活物質が供給されても、バリア膜Ａによっ
てこの酸失活物質がレジスト膜１３に達することが阻害
される。したがって、レジスト膜１３の露光部分に生じ
た酸が、酸失活物質によって中和されることはなく、露
光部分において酸によるレジスト膜１３の反応が進めら
れる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明はリソグラフィー方法
に関し、特には半導体装置の製造工程でエッチングやイ
オン注入の際のマスクになるレジストパターンを基板上
に形成するためのリソグラフィー方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】リソグラフィー工程では、遠紫外線のみ
ならず電子線やＸ線用のレジスト材料として化学増幅型
レジストを用いることが検討されている。上記化学増幅
型のレジストは、露光により光酸発生剤から酸が発生
し、この酸が触媒になってポリマー系の反応が起こされ
る。例えば、ポジ型レジストではこの酸によって樹脂の
保護基が脱落して現像液に可溶となり、ネガ型レジスト
ではこの酸が露光後の熱処理時に架橋剤に作用して樹脂
の架橋反応が促進されて現像液に不溶となる。

【０００３】上記のように、化学増幅型のレジストは露
光によって発生した酸が多くの反応を誘発するため、よ
り高感度で高解像なリソグラフィーが行われることが期
待されている。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかし、上記化学増幅
型レジストを用いたリソグラフィーには以下のような課
題があった。すなわち、化学増幅型レジストは、発生し
た酸の挙動によりその特性が大きく左右される。このた
め、レジスト膜中に酸を中和するような酸失活物質が供
給されると、レジスト膜中において酸を触媒とした反応
が進むことが阻害される。

【０００５】特に、図４（１）に示すように、表面が窒
化チタン（ＴｉＮ）膜１１ａで覆われた基板１１上に成
膜されたレジスト膜１３では、図４（２）に示すように
露光によってレジスト膜１３中に酸を発生させても、そ
の下層のＴｉＮ膜１１ａから上記酸失活物質としてアン
モニア等の物質が供給されてレジスト膜１３の裏面側が
未露光状態になることが知られている。そして、図４
（３）に示すように、このような状態で現像処理を行う
と、レジスト膜１３がネガ型レジストからなる場合に
は、形成されたレジストパターン１３ａにアンダーカッ
トが生じる。また、ここでは図示を省略したが、レジス
ト膜１３がポジ型レジストからなる場合には、基板１１
上の未露光部分にレジスト残りが生じる。

【０００６】上記の現象は、ＴｉＮ膜上に成膜したレジ
スト膜だけではなく、ＳＯＧ（ｓｐｉｎｏｎｇｌａ
ｓｓ）膜上や窒化シリコン（ＳｉＮ）膜上に成膜したレ
ジスト膜でも同様に生じる。

【０００７】

【課題を解決するための手段】本発明は上記課題を解決
するために成されたリソグラフィー方法である。すなわ
ち、本発明のリソグラフィー方法は、基板上に酸失活物
質に対するバリア膜を成膜し、このバリア膜上に化学増
幅型のレジスト膜を成膜した後、レジスト膜に対してパ
ターン露光及び現像処理を行う。上記バリア膜として
は、例えばポリビニルアルコールを用いることができ
る。この他にも、上記バリア膜は、酸性、導電性、水溶
性を有する材料からなるものでも良く、例えばポリアク
リル酸，ポリ（３−チエニルアルカンスルホン酸化合
物），ポリ（イソチアナフテンジイル−スルホネート）
化合物，スルホン化ポリアニリンのアンモニア塩等を主
成分とした水溶液を用いることができる。

【０００８】上記リソグラフィー方法によれば、基板上
にバリア膜を介して化学増幅型のレジスト膜が成膜され
ることから、基板の表面層から酸を中和する酸失活物質
が供給されてもこの酸失活物質はバリア膜に阻まれてレ
ジスト膜に達することはない。このため、上記酸失活物
質がレジスト膜に影響することはなく、露光によってレ
ジスト膜中に生じた酸がこの酸失活物質によって中和さ
れて失活することが防止される。

【０００９】

【発明の実施の形態】以下、本発明のリソグラフィー方
法の実施の形態を図１に基づいて詳細に説明する。尚、
従来と同様の構成要素には同一の符号を付して説明を行
う。

【００１０】図１（１）に示すように、表面がＴｉＮ膜
１１ａで覆われている基板１１上にレジストパターンを
形成するには、先ず、基板１１上にバリア膜Ａを成膜す
る。バリア膜Ａとしては、酸性でかつ水溶性の導電ポリ
マーであるポリ（３−チエニルアルカンスルホン酸）化
合物（昭和電光社製帯電防止膜形成材料、商品名：エス
ペイサー１００、ｐＨ１．８程度）を用い、塗布溶剤に
脱イオン水を用いて基板１１上に塗布成膜する。

【００１１】次に、図１（２）に示すように、バリア膜
Ａ上に化学増幅型のレジスト膜１３を成膜する。このレ
ジスト膜１３としては、例えば化学増幅型のノボラック
系ネガレジストを用いる。

【００１２】その後、図１（３）に示すように、レジス
ト膜１３に対して電子線を用いた露光を行い、レジスト
膜１３中の露光部分における光酸発生剤を分解して酸を
発生させる。次に、ＰＥＢ（post exposure bake）を行
うことによって、レジスト膜１３中の露光部分で酸を触
媒にした架橋反応を進める。

【００１３】次に、図１（４）に示すように、アルカリ
現像液を用いてレジスト膜１３の現像処理を行う。これ
によって、レジスト膜１３の未露光部分を現像液に溶解
させて除去し、基板１１上にバリア膜Ａを介してレジス
トパターン１３ｂを形成する。この際、水溶性のバリア
膜Ａもパターニングされる。

【００１４】上記リソグラフィー方法では、図１に示し
たようにＴｉＮ膜１１ａのような酸を中和する酸失活物
質を供給する層で覆われた基板１１上にバリア膜Ａを介
して化学増幅型のレジスト膜１３が成膜されることか
ら、ＴｉＮ膜１１ａから供給された上記酸失活物質によ
って酸性のバリア膜Ａ中における酸が中和される。そし
て、酸失活物質はバリア膜Ａに阻まれてレジスト膜１３
に達することはなく、露光によってレジスト膜１３中に
生じた酸が、上記酸失活物質によって中和された失活す
ることが防止される。このため、基板１１上の露光部分
にアンダーカットの発生なくレジストパターン１３ｂが
形成される。

【００１５】また、上記バリア膜Ａは導電性を有してい
ることから、電子ビーム露光においてはこのバリア膜Ａ
から電荷が逃がされる。このため、基板１１の表面層が
ＳＯＧのような絶縁膜で覆われていたとしても、レジス
ト膜１３がチャージアップすることが防止され、パター
ン露光の位置精度が確保される。

【００１６】さらに、このバリア膜Ａは水溶性であるこ
とから、ノボラック系の上記レジスト膜１３に対して非
相溶性にすることができる。したがって、バリア膜Ａ上
に上記レジスト膜１３を成膜することが可能になる。ま
た、アルカリ現像液に対して可溶であり、レジスト膜１
３の現像処理において当該レジスト膜１３の未露光部下
のバリア膜Ａ部分も除去することができる。そして、レ
ジストパターン１３ｂをマスクに用いた処理の後には、
このバリア膜Ａを除去することが可能であり、基板１１
上にバリア膜Ａが残ることはない。

【００１７】しかも、レジスト膜１３と接する状態で酸
性のバリア膜Ａが成膜されていることによって、レジス
ト膜１３の感度が上層することが期待される。図２のグ
ラフには、酸性のバリア膜の膜厚（Film Thickness) と
リソグラフィーによって形成されたレジストパターンの
線幅(line Width ）との関係を示す。ただし、図３
（１）に示すように、このグラフを作成するためのリソ
グラフィーでは、実験的にベアシリコンからなる基板１
１上にレジスト膜１３を成膜し、このレジスト膜１３上
に上記バリア膜Ａを成膜した。そして、図３（２）に示
すようにバリア膜Ａ上からレジスト膜１３に対するパタ
ーン露光を行い、図３（３）に示すように現像処理を行
った。

【００１８】上記レジスト膜１３及びバリア膜Ａは、上
記実施形態と同様のものを用い、レジスト膜１３の膜厚
は０．５μｍとした。形成パターンは０．２μｍ幅のラ
イン＆スペースであり、電子線の照射ドーズ量は３０μ
Ｃ／ｃｍ²に設定した。また、０．１３Ｎのアルカリ現
像液を用いてバリア膜Ａを剥離した後、０．３８Ｎのア
ルカリ現像液を用いてレジスト膜１３の現像処理を行
い、これによって、基板１１上にレジスト膜１３からな
るレジストパターン１３ｃを形成した。

【００１９】図２のグラフに示したように、レジスト膜
１３上に膜厚２４μｍの酸性のバリア膜Ａを成膜するこ
とによって、ライン幅が０．０７μｍ程度増大し、レジ
スト膜１３の感度が上昇することが確認された。この感
度の上昇は、ドーズ量に換算すると必要ドーズ量が４０
μＣ／ｃｍ²から３０μＣ／ｃｍ²に引き下げられたと
等しい。以上のように、バリア膜Ａとして酸性材料を用
いることで、このバリア膜Ａからレジスト膜１３へ酸の
供給によるレジスト膜１３の感度上昇も期待できる。

【００２０】

【発明の効果】以上説明したように本発明のリソグラフ
ィー方法によれば、基板上に酸失活物質に対するバリア
膜を介して化学増幅型のレジスト膜を成膜することによ
って、基板の表面層から供給される酸失活物質がレジス
ト膜に達することを防止できる。このため、露光によっ
てレジスト膜中に生じた酸が上記酸失活物質によって中
和されて失活することが防止でき、リソグラフィーによ
って形成されるレジストパターンの形状状態を良好に保
つことが可能になる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明を適用したリソグラフィー方法の実施の
形態を説明する図である。

【図２】バリア膜の膜厚とレジストパターンの線幅との
関係を示すグラフである。

【図３】グラフ作成のためのレジストパターンの形成手
順を説明する図である。

【図４】従来技術の課題を説明する工程図である。

【符号の説明】

１１基板１３レジスト膜Ａバリア膜

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】基板上に、酸失活物質に対するバリア膜
を成膜する工程と、前記バリア膜上に化学増幅型のレジスト膜を成膜する工
程と、前記レジスト膜に対してパターン露光及び現像処理を行
う工程とを具備してなることを特徴とするリソグラフィ
ー方法。
【請求項２】前記バリア膜は、酸性材料からなること
を特徴とする請求項１記載のリソグラフィー方法。
【請求項３】前記バリア膜は導電性材料かなることを
特徴とする請求項１記載のリソグラフィー方法。
【請求項４】前記バリア膜は水溶性材料からなること
を特徴とする請求項１記載のリソグラフィー方法。